Células solares multicamadas ultrafinas baseadas em materiais nanoestruturados

Cientistas de todo o mundo estão prestando muita atenção à melhoria dos sistemas de conversão de energia solar. Em um esforço para aumentar sua eficiência e reduzir, tanto quanto possível, o custo da produção direta de painéis solares, os cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts decidiram seguir o caminho de reduzir a espessura das células solares.

O novo tipo de painel pode superar essas soluções e, em termos de produção de eletricidade por quilograma de material usado, será inferior apenas ao urânio. Esses painéis podem ser feitos de folhas dobradas em várias camadas. grafeno ou dissulfeto de molibdênio, cuja espessura é apenas uma molécula (pilhas de folhas monomoleculares). Os cientistas argumentam que essa abordagem acabará se tornando a melhor abordagem possível para o desenvolvimento da energia solar.

Jeffrey Grossman, professor assistente de energia do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, diz que, apesar de muita atenção de cientistas pesquisando materiais bidimensionais como o grafeno, o potencial desses materiais para uso em sistemas de conversão solar foi completamente esquecido nos últimos anos. Aconteceu que esses materiais não são apenas bons, mas são muito bons em lidar com a tarefa que lhes foi atribuída.

A longo prazo, duas camadas de um átomo de espessura, conforme apresentado à equipe de Grossman, fornecerão uma eficiência de 1-2%, convertendo a energia da luz solar em eletricidade. Parece pequeno em comparação com 15-20% de eficiência elementos tradicionais de siliconeno entanto, é importante lembrar que o resultado é alcançado usando materiais milhares de vezes mais finos que o papel de seda.

Uma bateria de duas camadas com uma espessura de 1 nanômetro é centenas de milhares de vezes mais fina que uma de silício comum; portanto, ao colocar essas folhas mais finas em várias camadas, você pode aumentar e exceder significativamente a eficiência usual das células solares. Isso criará uma concorrência significativa por tecnologia bem estabelecida, de acordo com os co-autores da Grossman.

Onde o peso é crítico, como na espaçonave, na aviação e em áreas do mundo em desenvolvimento onde os custos de transporte são significativos, esses elementos leves já têm um grande potencial.

Comparados em peso, os novos painéis solares produzirão até 1000 vezes mais energia que as baterias convencionais. Ao mesmo tempo, a menor tecnologia convencional produzida até hoje ainda supera as novas em 50 vezes o peso.

Essa não é apenas a facilidade de transporte, mas também a facilidade de instalação dos painéis, porque metade do custo dos painéis solares atuais é o custo da estrutura de suporte e do sistema de conexão e controle. Esses custos podem ser bastante reduzidos usando designs mais leves.

Além disso, o material em si é muito mais barato que o silício, com a pureza necessária, usada nas células solares padrão, porque as folhas são tão finas que requerem uma quantidade muito pequena de materiais de partida.

Este é um exemplo impressionante de como os materiais nanoestruturados podem ser a base para projetar os dispositivos de energia mais recentes. Também se espera que a resistência mecânica e a flexibilidade dessas camadas finas sejam altas. Os desenvolvedores dizem que este é apenas o começo de uma nova geração de materiais para energia solar.

Por um lado, o dissulfeto de molibdênio e o dissulfeto de molibdênio usados ​​neste projeto são apenas dois dos muitos materiais bidimensionais que poderiam ser potencialmente usados ​​aqui, sem mencionar suas várias combinações para uso conjunto.

Os pesquisadores acreditam que muitos materiais precisam ser estudados e as condições de reflexão já foram criadas. Os cientistas agora podem ver esses materiais de uma maneira completamente nova.

E, embora atualmente não haja métodos industriais para produzir dissulfeto de molibdênio e dissulfeto de molibdênio, essa é uma área de pesquisa ativa. A capacidade de fabricação é uma questão essencial, mas esse problema é solucionável.

Uma vantagem adicional desses materiais é sua estabilidade a longo prazo, mesmo ao ar livre, enquanto outros materiais solares exigem revestimento protetor com camadas pesadas de vidro, o que também é caro. De fato, há resistência à exposição à luz ultravioleta e à umidade, e isso torna a nova solução muito confiável.

O trabalho preliminar incluía apenas modelagem de materiais por computador, mas agora um grupo de cientistas tenta fabricar os dispositivos por conta própria. Claro, isso é apenas a ponta do iceberg, do ponto de vista do uso de materiais bidimensionais para produzir "energia limpa", dizem os cientistas.