GreenTech-BG

Българският сайт за зелени технологии

Химици от MIT са разработили нов метод за концентриране на слънчева енергия

September 18, 2010

Чрез използването на въглеродни нанотръбички (кухи тръбички от въглеродни атоми) екип химици от MIT успяват да концентрират слънчевата светлина 100 пъти в сравнение с традиционните фотоволтаични клетки. Подобни нанотръбички могат да се използват за конструирането на антени, които да улавят и фокусират светлината, с което да направят соларните инсталации много по-малки и същевременно много по-мощни.

„Вместо върху целия покрив на една сграда да бъде инсталирана фотоволтаична система, благодарение на новото откритие може да има само няколко точки, в които да се монтират антени, насочващи концентрирана слънчева светлина върху миниатюрни фотоволтаични клетки.“ – казва ръководителят на екипа Michael Strano.

В публикация от 12-ти септември на списание Nature Materials е описан т.нар. „solar funnel“ – антена от въглеродни нанотръбички. Освен във фотоволтаични инсталации,  тя може да се използва и в много други случаи, където е необходимо да се концентрира светлината – приспособления за нощно виждане или телескопи например.

Соларните клетки генерират електричество като конвертират фотоните (енергията на светлината) в електричество. Антената на Strano увеличава броя на фотоните, които могат да се уловят, като концентрира  светлинния поток към соларната клетка.

Антената представлява „въже“, състоящо се от множество въглеродни нанонишки, с дължина 10 микрометра и дебелина 4 микрометра. За пръв път екипът на професор Strano успява да изработи нишки, състоящи се от два слоя нанотръбички, всеки от тях с различни електрични свойства (bandgaps).

Във всеки материал електроните могат да имат различни нива на енергия. Когото  фотон достигне повърхността на материала, той възбужда електрон до ниво с по-висока енергия.  Взаимодействието между активирания електрон и дупката, която той оставя след себе си, се нарича exciton, а разликата в енергийните нива на електрона и дупката – bandgap.

Вътрешният слой на наноантената на Страно се състои от нанотръбички с малък bandgap, докато външният слой съдържа нанотръбички с по-висок bandgap. Това е изключително важно, тъй като exciton-ите имат свойството да се движат от по-висока към по-ниска енергия. В този конкретен случай exciton-ите ще се движат от външния слой към вътрешния, където могат да останат в по-ниско енергийно състояние (макар и все още възбудено).

Ето защо, когато светлинната енергия попада върху материала, всички exciton-и се събират в центъра на влакното, където се концентрират. Страно и неговият екип все още не са успели да конструират фотоволтаично устройство, което да използва свойствата на тяхната нано-антена, но планират да го направят.

В подобно фотоволтаично устройство антената ще концентрира фотоните  преди фотоволтаична клетка да ги преобразува в електричество. Това може да стане като се конструира подобна антена, ограждаща сърцевина от полупроводников материал.

При съседството на полупроводник и наноантена ще се отделят електроните от дупките, като електроните ще се събират в електрод, контактуващ с вътрешния полупроводников слой, а дупките – в електрод, контактуващ с нанотръбичките, произвеждайки по този начин електрически ток. Ефективността ще зависи изключително от материалите, използвани за изработването на електродите.

Постижението на Strano и неговият екип е в изработването за първи път на нано влакна, в които могат да бъдат контролирани свойствата на различните слоеве. Това става възможно благодарение на постиженията от последните години за разделяне на нанотръбички с различни свойства. Освен това производството на нанотръбички също се разрастна в последните години, с което цената им значително се понижи. „Съвсем скоро нанотръбички ще се продават за стотинки на килограм, подобно на полимерите.“ – казва Страно – „Добавянето им към фотоволтаичните клетки ще бъде пренебрежимо като разход, сравнено с цената на самите фотоволтаични клетки.“

Екипът на професор Страно работи по начини за минимализиране на загубата на exciton-и по време на тяхното придвиждане във нано-влакната, както и по начини за генериране на повече от един exciton от един фотон. Наноантената, описана в списание
Nature Materials губи около 13 % от абсорбираната енергия, но екипът работи по нови антени, където тези загуби ще бъдат снижени до 1%.

More information: „Exciton Antennae and Concentrators from Core-Shell and Corrugated Carbon Nanotube Filaments of Homogeneous Composition,“ by Michael Strano, Jae-Hee Han, and Geraldine Paulus. Nature Materials, 12 September, 2010.

По материали от: physorg

Био на автора: Севдалина Пеева:
Публикувам в Greentech-BG от февруари 2008 с фокус зелени технологии и иновативни решения, които ще помогнат да живеем в един по-чист свят.
Теми: наноантени, наноматериали, Нови материали, фотоволтаични клетки

  1. Драгомир
    28 Sep 10
    1:13 pm

    Преди доста време бях чел за изобретена светлинна черна дупка. Това беше комбинация от прозрачни материали, при които като попадне светлина на тази система, то посредством пречупванията тази светлина се концентрира в точка. Доколкото разбрах тази система по-скоро е математическа задача, отколкото физична.

  2. Tonchev
    28 Sep 10
    2:28 pm

    На единица площ от земната повърхност пада определена слънчева енергия. Както и да се концентрира, енергията може само да се намали, поради загубите в концентратора. А Архимед и преди него са правили параболоидоподобни концентратори, които концентрират до 500 пъти. Подобни се използват и днес в повече от половината фотоволтаични инсталации в Испания.

    Иначе с нанотръбичките звучи добре – въпрос на цена. Защото енергийната бедност в Африка (и те само) може да се реши бързо и с най-баналните фотоволтаици и енергоакумулатори – виж повече на http://star.tonchev.org

Добавете коментар

XHTML: You can use these tags: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>