Hírlevél
Bejelentkezés
Napelemek szénből
A szénmódosulatokból készült fotovoltaikus rendszerek tartósabbak és olcsóbbak lehetnek az aktuális technikánál, ha sikerül javítani a hatásfokukon.
Újfajta nanoanyagok segítségével a Stanford Egyetem kutatóinak először sikerült olyan napelemeket kifejleszteniük, amelyek teljesen szénből állnak. A hatásfok még csekély, de a tudósok bíznak benne, hogy az eljárással néhány éven belül olcsó és hajlékony fotovoltaikus elemeket lehet felépíteni, amelyek elegendően robosztusak ahhoz, hogy a legkeményebb környezeti feltételeket is kibírják.
Zhenan Bao kémia professzor, a kutatócsapat vezetője elmondta, hogy a céljuk nem a szilícium vagy más szervetlen anyagokból készült napelemek helyettesítése. Inkább újabb területeket szeretnének meghódítani az energiatermelésben. „”A szén a Földön az egyik leggyakrabban előforduló elem és rugalmasan felhasználható” – mondta.
A szén meglepően ellenálló – az atomnyi vastagságú grafén és a hosszú, vékony nanocsövek a bolygó legerősebb anyagai közé tartoznak. A szén alapú fotovoltaikus rendszereket például egyszerűen az épületekre lehetne fújni – vagy felcsavarva magunkkal vinni. A szén különböző formáit ki lehet nyomtatni, vékony, átlátszó és nyújtható napelemek előállításához.
Az alapanyagban lakozó sokszínűségnek köszönhetően a kutatók a szén különböző változatait használhatják a napelem alkotóelemeinek fejlesztéséhez. A katód nanocsövekből áll, az anód grafénből, az aktív réteghez pedig nanocsöveket és fullerént használtak fel. Bao elmondta, hogy a katód előállítása volt a legnehezebb feladat. Gondot jelentett a szén alapú nanoanyagokat elektroncsapdaként alkalmazni. A Stanford kutatóinak a problémát megfelelő nanocsövecskék kiválasztásával és kémiai kezelésével sikerült megoldaniuk.
A szén-napelemek jelenleg a fény energiájának kevesebb, mint egy százalékát alakítják elektromossággá – jó napelemek időközben kb. 20%-ot is elérnek. Bao elmondta, hogy a csapata elsősorban könnyen elérhető alapanyagokkal dolgozik, amelyeket kismértékben módosítanak. Az alkalmazott szénfilm pl. túl érdes volt, amely a töltött részecskék mozgására negatívan hatott. Új feldolgozási technikákkal azonban sikerült ezen is felülkerekedni. „Még sokat fogják kutatni, hogy hogyan lehet a szén nanocsövek tulajdonságait irányítani és felhasználni” – mondta Bao.
Fengnian Xia, az IBM Yorktown kutatója, aki jól ismeri Bao munkáját, ezt hasonlóan látja. Véleménye szerint az új cellák jobb minőségű alapanyagokat és optimalizált gyártási eljárást igényelnek. „Az ötlet nagyszerű és ez egy jó bemutató. Valós alkalmazások számára azonban az eljárás még nem áll készen” – véli Xia.
Más tudóscsapatok is dolgoznak azon, hogy jobb szén módosulatokat fejlesszenek ki a fotovoltaikus rendszerek számára. Jeffrey Grossman, az MIT anyagtudósának számítása szerint a szén alapú napelem cellák 13%-os hatásfokot is elérhetnek – legalább is elméletileg. Ahhoz, hogy a technikát kereskedelmileg is használni lehessen, legalább a 10%-os határt át kellene lépni – véli Shenqiang Ren a Kansas Egyetemről, akinek laborja a szén cellákhoz hagyományos fém katódokat használ. Ren szeptemberben 1,3% hatásfokot ért el, amely kb. megfelel annak, amelyet az első polimer cellák teljesítettek.
Ren és Grossman együtt dolgoznak a technika javításán. Átdolgozták a hozzá tartozó elméletet, amely a cellastruktúra újragondolásához vezetett. Az első sikerek nem is maradtak el. Ren elmondása szerint nemrég 5% körüli hatásfokot értek el.
(forrás: mernokbazis.hu)
