どのように私たちは太陽から電力を生成するソーラータフトを設計している

どのように私たちは太陽から電力を生成するソーラータフトを設計している

プロトタイプのソーラータールの小片。 カリフォルニア大学サンディエゴ校、 BY-ND CC

ソーラーパネルのエネルギーを生み出す可能性とそれを使用する上での重要な制限は、それらが何をしているかの結果です。 シリコン製のパネルは価格が下がっているため、一部の地域では 化石燃料の電力と同程度のコスト 石炭と天然ガスのようなものです。 しかし、シリコンソーラーパネルは、かさばり、硬く脆いので、どこにでも使用することはできません。

定期的な電力を持たない世界の多くの地域では、ソーラーパネルが 暗闇の後で光を読む とエネルギー ポンプ飲料水、 助けて 小規模な家庭または村に基づくビジネス または提供する 緊急シェルターと難民キャンプ。 しかし、シリコンソーラーパネルの機械的脆弱性、重さおよび輸送の困難さは、シリコンが理想的ではないことを示唆している。

上に構築 他人の仕事, 私の研究グループ 働いている フレキシブルソーラーパネルを開発するこれは、シリコンパネルほど効率的であるが、薄くて軽量で曲がりやすいものである。 このような種類のデバイスは、ソーラータール「部屋の大きさに広がり、太陽から発電することができ、グレープフルーツの大きさになるように詰め込み、1,000時代には壊さずにバックパックに詰め込むことができます。 有機太陽電池をよりフレキシブルにする努力がなされてきましたが 超薄型にする実際の耐久性には、太陽電池パネルを伸縮自在にする分子構造が必要です。

シリコン半導体

シリコンは砂に由来しているため、安価です。 そして、その原子が固体材料に詰め込まれる方法は、それが良好な半導体となり、その導電率が電場または光を用いてオン/オフを切り替えることができることを意味する。 それは安価で便利なので、 シリコンは、コンピュータ内のマイクロチップおよび回路基板の基礎である、携帯電話、そして基本的に他のすべての電子機器を含み、あるコンポーネントから別のコンポーネントに電気信号を送信します。 シリコンはまた、光からのエネルギーを正および負の電荷に変換することができるため、ほとんどの太陽電池パネルの鍵です。 これらの電荷は、太陽電池の反対側に流れ、電池のように使用することができる。

しかし、その化学的性質はまた、フレキシブルな電子機器に変えることができないことを意味する。 シリコンは非常に効率的に光を吸収しません。 光子は、薄すぎるシリコンパネルを通過する可能性があります。そのため、100マイクロメータの周りにかなり厚くする必要があります。 1ドル紙幣の厚さについて - 光のどれ​​もが無駄にならないようにする。

次世代半導体

しかし、研究者は光を吸収する上でより優れた半導体を発見しました。 1つのグループの材料は、ペロブスカイト太陽電池を製造するために使用することができます シリコンとほぼ同じ効率しかし、シリコンに必要な厚さの1000分の1の光吸収層がある。 その結果、研究者は、 小型の無人航空機に電力を供給できるペロブスカイト型太陽電池 軽量化が重要な要素であるその他のデバイス。

滞在期間の長さによって発生する 2000ノーベル化学賞 最初に半導体ポリマーと呼ばれる別のタイプの超薄型半導体を製造できることを発見した研究者に授与されました。 このタイプの物質は、炭素に基づいているため「有機半導体」と呼ばれ、有機分子の長い鎖で構成されているため「ポリマー」と呼ばれています。 有機半導体はすでに商業的に使用されています。 10億ドルの産業 of 有機発光ダイオードディスプレイ、よりよく知られているOLEDテレビ。

ポリマー半導体は、太陽光をペロブスカイトやシリコンのように電気に変換するのには効率的ではありませんが、はるかに優れています 柔軟性があり、潜在的に非常に耐久性がある。 通常のポリマーは、半導体のものではなく、日常生活のいたる所にあります。 彼らは生地、プラスチック、塗料を構成する分子です。 ポリマー半導体は、シリコンのような材料の電子特性をプラスチックの物理的特性と組み合わせる可能性を秘めています。

両方の世界のベスト:効率と耐久性

それらの構造に依存して、プラスチックは、広範囲の特性を有する。 いくつかの自動車の車体パネルのような剛性を備えています。 半導体ポリマーは、堅い分子構造を持ち、多くは小さな結晶で構成されています。 これらは電子特性の鍵ですが、脆くなる傾向があります。これは、フレキシブルまたはリジッドなアイテムの望ましい属性ではありません。

私のグループの仕事は、 良好な半導体特性および耐久性の両方を有する材料 フレキシブルであろうとなかろうと、プラスチックが知られている。 これは私の太陽の防水布や毛布のアイデアにとって重要ですが、屋根材、屋外の床タイル、またはおそらく道路や駐車場の表面にもつながる可能性があります。

会話この作品は太陽光の力を利用するための鍵となるでしょう。結局のところ、一時間で地球に当たる太陽光が含まれているからです すべての人類が1年で使用するエネルギーより多くのエネルギー.

著者について

Darren Lipomi、ナノエンジニアリング教授、 カリフォルニア大学サンディ​​エゴ校

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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