Solenergihoveder i en ny retning:tyndere

De fleste bestræbelser på at forbedre solceller har fokuseret på at øge effektiviteten af ​​deres energiomdannelse, eller om at sænke produktionsomkostningerne. Men nu åbner MIT -forskere endnu en vej til forbedring, sigter mod at producere de tyndeste og mest lette solpaneler, der er mulige.

Sådanne paneler, som har potentiale til at overgå ethvert andet stof end uran af reaktorkvalitet med hensyn til produceret energi pr. kilo materiale, kunne være fremstillet af stablede plader af et molekyl tykke materialer, såsom grafen eller molybdendisulfid.

Jeffrey Grossman, Carl Richard Soderberg lektor i power engineering ved MIT, siger den nye tilgang "skubber mod den ultimative effektomdannelse, der er mulig fra et materiale" til solenergi. Grossman er seniorforfatter til et nyt papir, der beskriver denne tilgang, offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

Selvom forskere i de senere år har viet stor opmærksomhed til potentialet i todimensionelle materialer som grafen, Grossman siger, der har været lidt undersøgelse af deres potentiale for solapplikationer. Det viser sig, han siger, "de er ikke kun okay, men det er fantastisk, hvor godt de klarer sig. "

Ved hjælp af to lag af sådanne atom-tykke materialer, Grossman siger, hans team har forudsagt solceller med 1 til 2 procent effektivitet til at konvertere sollys til elektricitet, Det er lavt i forhold til 15 til 20 procent effektivitet af standard silicium solceller, han siger, men det opnås ved hjælp af materiale, der er tusindvis af gange tyndere og lettere end silkepapir. Den to-lags solcelle er kun 1 nanometer tyk, mens typiske silicium solceller kan være hundredtusinder af gange det. Stablingen af ​​flere af disse todimensionale lag kan øge effektiviteten betydeligt.

"Stacking et par lag kunne muliggøre højere effektivitet, en, der konkurrerer med andre veletablerede solcelleteknologier, "siger Marco Bernardi, en postdoc i MIT's Institut for Materialevidenskab, der var hovedforfatter af papiret. Maurizia Palummo, en seniorforsker ved universitetet i Rom, der besøger MIT gennem MISTI Italy -programmet, var også medforfatter.

Til applikationer, hvor vægten er en afgørende faktor - f.eks. I rumfartøjer, luftfart eller til brug i fjerntliggende områder i udviklingslandene, hvor transportomkostninger er betydelige - sådanne lette celler kunne allerede have et stort potentiale, Siger Bernardi.

Pund for pund, han siger, de nye solceller producerer op til 1, 000 gange mere strøm end konventionelle solceller. Cirka en nanometer (milliarddel af en meter) i tykkelse, "Det er 20 til 50 gange tyndere end den tyndeste solcelle, der kan laves i dag, "Tilføjer Grossman." Du kunne ikke gøre en solcelle tyndere. "

Denne slankhed er ikke kun fordelagtig i forsendelse, men også let at montere solpaneler. Omkring halvdelen af ​​omkostningerne ved nutidens paneler er i støttestrukturer, installation, lednings- og kontrolsystemer, udgifter, der kunne reduceres ved brug af lettere strukturer.

Ud over, selve materialet er meget billigere end det meget rensede silicium, der bruges til standard solceller - og fordi pladerne er så tynde, de kræver kun små mængder af råvarerne.

MIT-teamets arbejde hidtil med at demonstrere potentialet i atom-tykke materialer til solgenerering er "bare starten, "Grossman siger. For en ting, molybdendisulfid og molybdendiselenid, de materialer, der bruges i dette arbejde, er blot to af mange 2-D materialer, hvis potentiale kunne undersøges, for ikke at sige noget om forskellige kombinationer af materialer, der er klemt sammen. "Der er en hel zoologisk have af disse materialer, der kan udforskes, "Grossman siger." Mit håb er, at dette arbejde sætter scenen for, at folk kan tænke over disse materialer på en ny måde. "

Selvom der ikke findes store metoder til fremstilling af molybdendisulfid og molybdendiselenid på dette tidspunkt, dette er et aktivt forskningsområde. Producerbarhed er "et vigtigt spørgsmål, "Grossman siger, "men jeg synes, det er et problem, der kan løses."

En yderligere fordel ved sådanne materialer er deres langsigtede stabilitet, selv i det fri; andre solcellematerialer skal beskyttes under tunge og dyre glaslag. "Det er hovedsageligt stabilt i luften, under ultraviolet lys, og i fugt, "Grossman siger." Det er meget robust. "

Arbejdet har hidtil været baseret på computermodellering af materialerne, Grossman siger, tilføjer, at hans gruppe nu forsøger at producere sådanne enheder. "Jeg tror, ​​at dette er toppen af ​​isbjerget med hensyn til at udnytte 2-D materialer til ren energi," siger han.

Papiret har titlen "Ekstraordinær sollysabsorption og 1 nm-tyk fotovoltaik ved hjælp af todimensionale enkeltlagsmaterialer."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.