Редактор Geektimes
938,5
рейтинг
2 ноября 2012 в 13:13

В Стэнфорде создали углеродные фотоэлементы



Все мы знаем, из чего делают фотоэлементы для солнечных панелей. Собственно, современные солнечные панели нельзя назвать источником «чистой» энергии, поскольку производство самих панелей достаточно ресурсоемко, и не является «чистым». Кроме того, для производства солнечных панелей требуются достаточно редкие элементы, запас которых ограничен. Ученые из Стэнфордского университета предложили иное решение — углеродные фотоэлементы.

Пока что это только начало, поскольку ученые стремятся создать максимально эффективные фотоэлементы. Но и то, что есть, удивляет. Дело в том, что углеродные солнечные панели могут выдержать температуру вплоть до 600 градусов выше нуля (по Цельсию). Кроме того, эти панели можно сделать во-первых, гибкими, во-вторых, сверхтонкими. А это означает возможность создания покрытия для стен домов, автомобилей, покрытия которое сможет работать в качестве солнечной панели.

При этом не требуются какие-либо очень уж дорогие методы создания или редкие материалы. Нужны углеродные нанотрубки (толщина их примерно в 10000 раз меньше, чем толщина человеческого волоса) и молекулы углерода, которые получили название «buckyballs» (благодаря своей форме и структуре, напоминающей футбольный мяч). Активный слой состоит как раз из этих материалов. В фотоэлементах такого типа не используются оксиды индия, олова или серебро. Только углерод в разных его формах.

К сожалению, пока что КПД углеродных фотоэементов менее 1%, что значительно ниже, чем у коммерческих фотоэлементов из стандартных материалов. Тем не менее, сейчас ученые активно работают над тем, чтобы повысить эффективность углеродных солнечных панелей. Высокая эффективность и низкая себестоимость, надо думать, смогут привлечь внимание коммерческих организаций к новому типу фотоэлементов.

Вот видео с подробным объяснением работы углеродных фотоэлементов:



Via stanford + slashgear
marks @marks
карма
168,7
рейтинг 938,5
Редактор Geektimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (36)

  • +6
    Вообще от цены очень многое зависит. КПД тоже через призму цены есть смысл рассматривать. Занимаемая площадь, конечно, имеет значение, но не всегда критична. А вот стоимость ватта мощности гораздо более интересный параметр.

    Даже с одним процентом КПД мы получим 10 Ватт с квадратного метра. А с крыши площадью в 100 квадратов — киловатт мощности. Если это будет дешевле, чем кремниевые элементы на ту же мощность, то почему нет? А еще стены есть.
    • –1
      А ещё, сделать бы их прозрачными и в несколько слоёв складывать =)
      • 0
        Маловероятно. Энергия либо задерживается и преобразуется в электричество и ее нет, дальше света нет, либо преобразуется в тепло. И ее опять же нет.

        Либо часть проходит, дальше, но тогда прозрачность будет частичная. Допустим 50% проходит дальше, 50% делится между теплом и электричеством. Тогда ничего не мешает прямо на этой же подложке еще один слой сделать. А под все это подложить зеркало :) Зеркало виртуально чуть ли не удвоит количество слоев.

        Похоже на антенны чем-то.
        • 0
          А ежли к примеру сделать полупрозрачные слои со «специализацией» по спектру? Например первый слой ест ультрафиолет, а видимый остаток и инфракрасный проникают сквозь него далее, на следущем слое высасывается видимый спектр и остаток попадает на инфракрасный слой. Такой бутерброд.
          • 0
            Если «специализация» будет естественным порядком — интересно. Хотя тут даже не так, наверное. Если будет чувствительность к узкому спектру и возможность задавать в каком спектре работать, то да. А иначе — широкополосное решение должно быть ничем не хуже. Верно ведь?
            • +1
              Нет, неверно. Поглашение основано на неком переходе между электронными уровнями. При этом фотон свет с энергией больше этого уровня таким переходом поглатится, но в электричество перейдет 1 электрон «тока» с напряжением перехода. А избыточная энергия превратится в тепло. Таким образом, если у нас есть только один уровень перехода, часть энергии светового спектра мы теряем из-за того что энергия фотона меньше перехода, и этот свет в электричество не преобразуется совсем, а другую чать из-за того что мы «обрезаем» остальной спектр по энергии перехода и как-бы делим на то что ушло в электричество, и то что ушло в тепло.

              И да, наиболее эффективными получаются преобразователи на нескольких переходах, но они получаются безумно дороги и для экономической эффективности требуют солнечных концентраторов
              • +1
                Очень интересно. А почему безумно дороги получаются?
                Сейчас я из вас на целый топик вытащу :))
                • 0
                  Потому что там фактически вместо одной батареи сделано три друг на друге. При производстве требуется использовать германий и редкоземельные металлы. В общем дорого само производство. К тому же такие элементы лучше работают при большом световом потоке — т.е требуют солнечный концентратор.
                  В общем все сложно.
                  Можно на эту тему почитать википедию en.wikipedia.org/wiki/Multijunction_photovoltaic_cell
                  А статью мне писать лень — это все же не непосредственно моя тема, я с ней только шапочно знаком. Так что все придется гуглить.
                  • 0
                    Так а итоговый КПД у таких элементов на сколько выше? Концентраторы вроде как не новость уже.

                    >>А статью мне писать лень
                    Ну это дело такое. :)

                    >>это все же не непосредственно моя тема, я с ней только шапочно знаком.

                    И тем не менее. Тема интересная, актуальная и понимаете вы в ней, судя по всему, больше остальных. Я думаю топик разъясняющий хотя-бы базовые моменты был бы многим интересен и полезен. Одно дело каждому пытаться все это понять, а другое дело перенять хотя-бы часть вашего опыта.
                    • +2
                      судя по википедии, максимум полученный в лаборатории — 43%, что вообще говоря дофига.
                      • 0
                        Это как бы мягко говоря дофига! Вопрос цены, конечно, стоит достаточно остро, но для каких-то компактных установок с раскладным концентратором может быть весьма интересно. Раскладной концентратор, как зонтик от дождя, только светоотражающий, один квадратный метр и уже должно хватить запитать ноутбук. Мечта!
                        • 0
                          ну как сказать, как сказать… к солнечному концентратору понадобится электроника трекинго солнца. потому что солнечный зайчик от концентратора должен находиться на фотоэлементе

                          и потом, та же вики обещает КПД монокристаллических кремниевых батарей в 24 процента. Ну возьмите такую же складную батарею, но размером в два раза больше.

                          И потом, это все максимальные полученные в лабораториях результаты. Коммерчески доступные имеют худшие характеристики.
                          • 0
                            Электроника это понятно. Это само собой.

                            Но тут все связано. Если зонтик небольшой, то и сервы нужны небольшие и стоит это все будет меньше. И весить тоже. Так что тут на кпд самого элемента завязка есть и приличная. От этого напрямую зависит стоимость и вес, что для мобильного использования достаточно важно. Ну и размеры тоже. За основу можно взять механику обычного автоматического зонта. Размеры будут того же порядка. А если увеличить вдвое, то уже не так здорово.
                          • 0
                            трекинг можно заменить топологией принимающего зеркала. есть уже такие наработки и они выходят порой дешевл произвести сложную панель нежли ставить автомат слежения и привод наведения. причем отличаются такие топологии стабильным кпд независимо от положения светила. причем даже виигрывают в утренне-вечернее время у прямонаведенных классических зеркал. да. и выигрыш по надежности поскольку всепогодная механика в таких вопросах традиционно слабое звено (и дорогое)
                    • +1
                      Да, а еще на кпд влият куча всего, включая отражение от поверхности элемента и внутренние переотражения.

                      Я точно эту тему не помню уже, но вроде бы больше 50% получить невозможно — когда фотон вызывает рождение электронно-дырочной пары, они могут начать разлетаться в разные стороны. И если они разлетаются куда надо — то мы получаем ток, а если в противоположенном направлении — то никуда не уходят, а рекомбинируют, и на выходе тепло.
    • +1
      Даже с одним процентом КПД мы получим 10 Ватт с квадратного метра.


      Как вы получили цифры в Ваттах?
  • +3
    На Компьюленте статья подана менее воодушевленно: http://science.compulenta.ru/718603/
    • 0
      Спасибо, новость там не такая желтая.
  • +1
    Подумалось — а если сделать воздушный шар из этого материала, то даже в облачную погоду его можно поднять повыше и получать энергию.
    • +1
      ага, а передавать на землю как?
      по обычному проводу — будут потери, и неслабые, если воздушный шар поднять над облаками.
      Если с помощью беспроводных линий — то это получается звезда смерти в миниатюре.
      • 0
        Способов несколько:
        Заряжать аккумуляторы, потом спускать шар и ночью их использовать.
        Подвесить к шару повышающий трансформатор, а дома поставить понижающий.
        Тупо забить на потери и радоваться халяве :)
        Ну и к тому моменту, когда (если) этот элемент таки доведут до ума, думаю, проблема будет уже решена.
        • 0
          По поводу халявы.
          Шарик этот будет стоить денег. Весьма немалых денег.
          Для поддержания его в воздухе нужна энергия. Гелий убегает и его надо пополнять. Причем зависимость от площади будет неприятная.
          Площадь ограничена, форма для работы батарей далеко не лучшая — рулит плоская панель, «подставляющаяся» под солнце под прямым углом.
          Вопрос веса — открыт. Вес самого шарика, вес шнурка, вес батарей.

          В итоге вся эта затея едва ли выгорит.
          • 0
            Дельное замечание. Ну что же, мы же айтишники! Значит, это будет летающая плоская панель. Например, на вертолетных винтах. Энергию будет брать в начале от аккумулятора, потом от самой панели. Будет стоять чип, управляющий винтами и удерживающий ее перпендикулярно лучам.

            Правда, остается проблема передачи энергии и проблема сильного ветра. Ну что же, пусть это будет тысяча маленьких панелей, каждая со своим винтом и аккумулятором. К тому времени, когда элементы станут доступны каждому, уже изобретут сверхмощные легкие батареи.
            • +1
              панель ну никак не даст энергии достаточной чтобы её могли держать на весу винты, это ещё более проигрышный вариант чем с аэростатом.
              • 0
                Тут надо считать. Согласно Википедии, солнечный поток будет в наших широтах около 200 Вт/м²

                Пусть КПД 1%, это 2Вт/м², для панели 10см*10см это будет 0.02 Вт — согласен, мало.
                Даже если КПД 10%, 0.02 Вт все равно мало.

                Жаль.
                • 0
                  Халявы в этом деле не бывает.
                  В это трудно поверить, но так оно и есть.
                • 0
                  Тут НЕ надо считать, если бы у панели хватало энергии на поддержания себя в воздухе И на передачу лишнего вниз — впору было бы задуматься о нарушении первого закона термодинамике. Поправьте меня, если я что-то путаю.
                  • 0
                    Ну она может просто плавать в воздухе незатрачивая энергию.
  • +1
    Земля в Сахаре понемногу дорожает )
  • +2
    Про «дешевые нанотрубки» и фуллерены это шутка?
    • +3
      buckyballs по-русски это фуллерены
      • +1
        Ага, и про заканчивающийся в земле кремний, используемый для обычных СБ. :)
        Да его валом, а вот выплавлять монокристалы дёшево не научились.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.