čtvrtek 21. února 2013

Ach ta energie! část sedmá

Jako listí
Jinou cestu k efektivnějším solárním článkům hledá Center for Nanotechnology and Molecular Materials na Wake Forest University- zdejší vědci ohlásili, že se jim podařilo zvětšit efektivnost ohebných plastových slunečních článků o šest procent.
Jejich zlepšení není v barvivu, ale opět i oni se inspirovali rostlinami - konkrétně listy stromů
Do svých solárních článků přímo do ohebného plastu "vetkali" z nanonitěk strukturu velmi podobnou žilkování v listech. Plast je dokonale absorbuje a díky žilkování je možné využít v přepočtu na krychlové centimetry, větší množství hmoty, která pohlcuje sluneční záření a článek je tak účinnější.
Takovéto plastové články pokud opravdu budou dostatečně efektivní, budou velmi laciné a lehké - oproti dnes již klasickým velkým křemíkovým, které ani nejsou nijak moc účinné (na využitelnou elektrickou energii přeměňují jen cca 12% světla).
David Carroll, ředitel Center for Nanotechnology and Molecular Materials, v tiskové zprávě hovoří o tom, že do oku 2005 takové plastové solární články podobné těm jejich dosahovaly maximálně tří procentní efektivnosti, nyní jeho tým dosáhl šesti procent a v příštím roce Carroll slibuje, že překročí i oněch magických osm procent, která jsou nutná k tomu , aby se nějaký nový solární článek stal komerčně zajímavým - říká že u svých ohebných článků dosáhnou deseti procentní efektivnost přeměny sluneční energie na elektřinu. Pokud se jim to podaří, bude i jejich článek pro výrobce a následně zákazníky velmi zajímavý.

Nesmějí chybět aneb "nano-Manhattan"
Všude možně nacházejí uplatnění uhlíkové nanotrubičky - tak nesmějí chybět ani při vývoji solárních článků. K jejich využití pro své články sáhl tým Jud Readiho z Georgia Institute of Technology. Jejich články přeměňující sluneční svit na elektřinu jsou založeny na principu trojrozměrnosti - mají malé výstupky, které jsou od sebe vzdáleny 10mikrometrů, jejich výška je 100mikrometrů a plocha 40x40mikrometrů a jsou tvořeny z miliónů vertikálně položených uhlíkových nanotrubiček. Tento věžičkový design vědci názývají "nano-Manhattan".
Normální ploché solární články část paprsků, které na ně dopadají, odrážejí a tím pádem nevyužijí. Ještě ke všemu je nutné je neustále udržovat v kolmé poloze na dopadající sluneční paprsky. 3D solární články díky nanověžičkám, které vystupují na jejich povrch, absorbují světlo z různých úhlů - čili skoro dokonale a nemusí se zajišťovat jejich kolmá poloha. Věžičková konstrukce také dovoluje zmenšit tloušťku fotoelektrického povrchu čímž se zvyšuje efektivnost přeměny sluneční energie na elektřinu v závislosti na potřebné ploše.
Tyto solární články se vyrábí fotolitograficky - na křemíkovou destičku se touto metodou nanese tenká vrstva železa. Destička s nanesenou kovovou strukturou se vypálí v peci při teplotě 780°C - Potom se na ni vypouští plynné uhlovodíkové sloučeniny, které se v průběhu chemického procesu osazování uhlíkovými trubičkami, rozpadnou na uhlík a vodík
V tomto procesu, známém jako chemický rozpad páry, na železné vrstvičce na podložce "vyroste" množství mnohovrstvých uhlíkových nanotrubiček. Potom, jak uhlíkové věžičky narostou, se takto obdržená struktura pokrývá vrstvami telluru kadmia (CdTe) a sulfidu kadmia (CdS) pomocí metody MBE - Molecular Beam Epitaxy - epitaxe z molekulárních svazků. - je to příprava tenkých vrstev na vhodné podložce, zpravidla na destičce monokrystalu, vzniká tak vrstevnatá struktura planparalelních vrstev s tloušťkami počínaje jedno atomární vrstvou (0.5 nm).
Tellur kadmia, který je velmi perspektivním prvkem ve vysoce efektivních solárních článcích a sulfid kadmia jsou polovodiče tipu p a n. Na ně se nanese svrchní tenounká vrstva vodivého oxidu india a olova, která má roli horní elektrody solárního článku.
V hotových solárních článcích uhlíkové nanotrubičky slouží jako opěrka trojrozměrným útvarům - věžičkám a jako vodič sjednocující Fe materiály s křemíkovou podložkou. Jinak ještě malá poznámka vědci použili při pokusech kadmium zcela náhodně, protože už s ním dříve pracovali - takže práce na výběru ještě lepších a optimálnějších materiálů na ně teprve čeká a také se chtějí více zabývat optimální výškou oněch "věžiček" a jak velké mezi nimi mají být mezery, aby solární článek pohlcoval co nejvíce světla.

Představili jsme si tři originální solární články, každý z nich má něco výjimečného, co umožňuje zvýšit jeho efektivitu a každý má své chyby. Jak by asi dopadlo kdyby tyto tři univerzity spojily své výzkumné úsilí a jak nakonec skončí jejich pilná práce? Bude výsledkem stále dokonalejší a lacinější zdroj na získání elektřiny? Kdo by si troufl odhadnout, který solární článek to nakonec vyhraje, či jestli se zdokonalí třeba nějaký úplně jiný. Již v prvním díle jsme si povídali o existujících ohebných solárních článcích… jediné co víme, že v současné době je výroba elektřiny ze slunečních paprsků stále na začátku cesty. Cesty, které cíl by mohl být velmi úspěšný. Dnes je zatím jejich účinnost ještě moc malá, což výrobu elektřiny prodražuje - o cenách solárních panelů a článků ani nemluvě. Za vše hovoří fakt, že zatím všechny sluneční elektrárny na světě vyrobí dohromady takové množství elektřiny, které je adekvátní výkonu jednoho jaderného reaktoru.



pokračování - baterie a další zdroje.