Zdroj: scitechdaily
Podľa výskumníkov z New York University môže byť veľa prehliadaných organických a anorganických materiálov, ktoré by sa mohli použiť na využitie slnečného žiarenia pod vodou a efektívne poháňať autonómne ponorné vozidlá. Ich výskum, publikujúci dnes (18. marca 2020) v časopise Joule, vyvíja usmernenia pre optimálne hodnoty pásmových medzier v rozsahu hĺbok vody, čo dokazuje, že rôzne širokopásmové polovodiče, a nie úzkopásmové polovodiče používané v tradičnom kremíku. solárne články sú najlepšie vybavené na použitie pod vodou.
„Všeobecným trendom doteraz bolo používanie tradičných kremíkových článkov, ktoré, ako ukazujú, nie sú ani zďaleka ideálne, keď idete do značnej hĺbky, pretože kremík absorbuje veľké množstvo červeného a infračerveného svetla, ktoré je tiež absorbované vodou - najmä pri veľké hĺbky, “hovorí Jason A. Röhr, postdoktorandský výskumný pracovník v laboratóriu transformačných materiálov a zariadení prof. André D. Taylora na Tandon School of Engineering na New York University a autor štúdie. „Našimi pokynmi sa dajú vyvinúť optimálnejšie materiály.“
Podvodné vozidlá, ako napríklad tie, ktoré sa používajú na prieskum prieplavu, sú v súčasnosti obmedzené príbrežnou energiou alebo neúčinnými palubnými batériami, ktoré bránia cestovaniu na dlhšie vzdialenosti a časové úseky. Ale zatiaľ čo technológia solárnych článkov, ktorá už začala na súši a vo vesmíre, by mohla dať týmto ponorkám väčšiu slobodu potulovať sa, vodný svet predstavuje jedinečné výzvy. Voda rozptyľuje a absorbuje väčšinu spektra viditeľného svetla, čím pohlcuje červené solárne vlnové dĺžky aj v malej hĺbke predtým, ako by ich mali solárne články na báze kremíka schopné zachytiť.
Väčšina predchádzajúcich pokusov o vývoj podvodných solárnych článkov bola skonštruovaná z kremíka alebo amorfného kremíka, z ktorých každý má úzke pásové medzery, ktoré sú najvhodnejšie na absorbovanie svetla na zemi. Modré a žlté svetlo však dokáže preniknúť hlboko do vodného stĺpca, aj keď sa ďalšie vlnové dĺžky zmenšujú, čo naznačuje, že polovodiče so širšími medzerami v pásmach, ktoré sa nenachádzajú v tradičných solárnych článkoch, môžu lepšie zabezpečiť dodávku energie pod vodou.
Na lepšie pochopenie potenciálu podvodných solárnych článkov posúdili Röhr a kolegovia vodné útvary od najjasnejších oblastí Atlantického oceánu a Tichého oceánu po zakalené fínske jazero. Na meranie limitov účinnosti solárnych článkov v každom z nich sa používa model podrobnej rovnováhy. lokalita. Ukázalo sa, že slnečné bunky získavajú energiu zo slnka až do hĺbky 50 metrov v najjasnejších vodných útvaroch Zeme, pričom chladné vody ďalej zvyšujú účinnosť buniek.
Výpočty vedcov ukázali, že absorbéry solárnych článkov by fungovali najlepšie s optimálnou pásmovou medzerou asi 1,8 elektrónvoltov v hĺbke dva metre a asi 2,4 elektrónvoltov v hĺbke 50 metrov. Tieto hodnoty zostali konzistentné vo všetkých skúmaných vodných zdrojoch, čo naznačuje, že solárne články by sa mohli skôr prispôsobiť konkrétnym prevádzkovým hĺbkam než miestam s vodou.
Röhr poznamenáva, že lacne vyrábané solárne články vyrobené z organických materiálov, o ktorých je známe, že fungujú dobre pri slabom osvetlení, ako aj zliatiny vyrobené z prvkov zo skupín tri a päť v periodickej tabuľke by mohli byť ideálne v hlbokých vodách. Aj keď by sa obsah polovodičov líšil od solárnych článkov používaných na súši, celkový návrh by zostal relatívne podobný.
„Aj keď by sa materiály využívajúce slnečné lúče museli zmeniť, celkový dizajn by sa nemusel nevyhnutne meniť tak veľa,“ hovorí Röhr. „Tradičné kremíkové solárne panely, rovnako ako tie, ktoré nájdete na vašej streche, sú zapuzdrené, aby sa zabránilo poškodeniu životného prostredia. Štúdie ukázali, že tieto panely môžu byť ponorené a prevádzkované vo vode niekoľko mesiacov bez toho, aby došlo k významnému poškodeniu panelov. Podobné metódy zapuzdrenia by sa mohli použiť pre nové solárne panely vyrobené z optimálnych materiálov. “ Teraz, keď odhalili, čo spôsobuje, že účinné podvodné solárne články sú začiarknuté, vedci plánujú začať vyvíjať optimálne materiály.
"Tu začína zábava!" hovorí Röhr. „Už sme skúmali neenkapsulované organické solárne články, ktoré sú vysoko stabilné vo vode, ale stále musíme preukázať, že tieto články sa môžu stať efektívnejšími ako tradičné články. Vzhľadom na to, ako sú naši kolegovia z celého sveta schopní, sme si istí, že v blízkej budúcnosti uvidíme tieto nové a vzrušujúce solárne články na trhu. “
