Šaltinis: scitechdaily
Gali būti, kad daug nepastebimų organinių ir neorganinių medžiagų galima panaudoti saulės spinduliams po vandeniu ir efektyviai maitinti autonomines povandenines transporto priemones, praneša Niujorko universiteto tyrėjai. Jų tyrimas, publikuojamas šiandien (2020 m. Kovo 18 d.) Žurnale „Joule“, sukuria optimalių juostos tarpų verčių gairėse vandeningame gylyje gaires, parodydamas, kad įvairūs plačiajuosčio tarpo puslaidininkiai, o ne siauro juostos puslaidininkiai, naudojami tradiciniame silicyje. saulės elementų, yra geriausiai įrengti naudoti po vandeniu.
„Iki šiol bendra tendencija buvo naudoti tradicinius silicio elementus, kurie, kaip mes matome, yra toli gražu ne idealūs, kai jūs einate į didelį gylį, nes silicis sugeria daug raudonos ir infraraudonosios šviesos, kurią sugeria ir vanduo - ypač Didelis gylis “, - sako Jasonas A. Röhras, podoktorantūros tyrinėtojas, profesorius André D. Taylor'as„ Transformacinių medžiagų ir prietaisų laboratorija “Niujorko universiteto Tandono inžinerijos mokykloje, ir šio tyrimo autorius. „Remiantis mūsų rekomendacijomis, galima sukurti optimalias medžiagas.“
Povandeninėms transporto priemonėms, pavyzdžiui, toms, kurios naudojamos tyrinėti bedugnį vandenyną, šiuo metu ribojama jūroje naudojama energija arba neefektyvios baterijos laive, neleidžiančios važiuoti ilgesniais atstumais ir tam tikru laikotarpiu. Tačiau nors saulės elementų technologija, kuri jau buvo pradėta naudoti sausumoje ir kosmose, galėtų suteikti šiems povandeniniams gyvūnams daugiau laisvės klajoti, vandeningas pasaulis kelia unikalių iššūkių. Vanduo išsibarsto ir sugeria didžiąją dalį matomos šviesos spektro, sugerdamas raudonos saulės bangos ilgius net sekliame gylyje, kol silicio turinčios saulės baterijos turėtų galimybę jas užfiksuoti.
Dauguma ankstesnių bandymų sukurti povandeninius saulės elementus buvo sukurti iš silicio arba amorfinio silicio, kurių kiekvienas turi siaurus juostos tarpus, geriausiai tinkančius sugerti sausumą. Tačiau mėlyna ir geltona šviesa įsiskverbia giliai į vandens koloną, net kai sumažėja kitų bangų ilgis, todėl teigiama, kad puslaidininkiai, turintys platesnius juostos tarpus, kurių nėra tradicinėse saulės baterijose, gali būti tinkamesni energijos tiekimui po vandeniu.
Siekdami geriau suprasti povandeninių saulės elementų potencialą, Röhr ir jo kolegos įvertino vandens telkinius, pradedant nuo aiškiausių Atlanto ir Ramiojo vandenyno regionų iki drumsto Suomijos ežero, naudodami išsamų balanso modelį, kad išmatuotų kiekvienos saulės baterijos efektyvumo ribas. vieta. Buvo parodyta, kad saulės elementai renka energiją iš saulės į 50 metrų gylį aiškiausiuose žemės vandens telkiniuose, o vėsus vanduo dar padidina ląstelių efektyvumą.
Tyrėjų skaičiavimai atskleidė, kad saulės elementų absorberiai geriausiai funkcionuos, kai optimalus juostos tarpas bus apie 1,8 elektrovolto dviejų metrų gylyje ir apie 2,4 elektropolt 50 metrų gylyje. Šios vertės išliko vienodos visuose tirtuose vandens šaltiniuose, todėl saulės elementai galėjo būti pritaikyti konkrečiam gylio gyliui, o ne vandens vietoms.
Röhr pažymi, kad pigiai gaminami saulės elementai, pagaminti iš organinių medžiagų, kurios, kaip žinoma, gerai veikia esant silpnam apšvietimui, taip pat lydiniai, sudaryti iš periodinės lentelės trijų ir penkių grupių elementų, galėtų būti idealūs giliuose vandenyse. Ir nors puslaidininkių medžiaga skirtųsi nuo saulės elementų, naudojamų sausumoje, bendras dizainas išliktų gana panašus.
„Nors derėtų nuimti nuo saulės nuimamas medžiagas, bendras dizainas nebūtinai turės pakeisti tiek daug“, - sako Röhr. „Tradicinės silicio saulės baterijos, tokios, kokias galite rasti ant savo stogo, yra uždaromos, kad būtų išvengta žalos aplinkai. Tyrimai parodė, kad šias plokštes galima panardinti ir keletą mėnesių eksploatuoti vandenyje, nepadarant didelės žalos plokštėms. Panašūs kapsuliavimo būdai gali būti taikomi naujoms saulės baterijoms, pagamintoms iš optimalių medžiagų. “ Dabar, kai jie sužinojo, kas daro įtaką efektyviam povandeniniam saulės elementui, tyrėjai planuoja pradėti kurti optimalias medžiagas.
„Štai čia prasideda linksmybės!“ sako Röhr. „Mes jau ištyrėme nekapsuliuotus organinius saulės elementus, kurie yra labai stabilūs vandenyje, tačiau vis tiek turime parodyti, kad šios ląstelės gali būti efektyvesnės nei tradicinės. Atsižvelgiant į tai, kokie pajėgūs yra mūsų kolegos visame pasaulyje, esame tikri, kad artimiausiu metu rinkoje pamatysime šias naujas ir įdomias saulės baterijas. “
