תפקיד ננוטכנולוגיה בביצוע תאים סולאריים

מהפכה ננומטרית באנרגיה סולארית

החיפוש אחר אנרגיה סולארית יעילה וזולה הוביל מחקר לחומרים חדשים וארכיטקטורה למכשירים.בין ההתפתחויות המבטיחות ביותר הוא היישום של ננוטכנולוגיה לתאי פוטו-וולטאית.על ידי חומרי הנדסה בקנה מידה בין 1 ל -100 ננומטרים, מדענים יכולים לגשת לתכונות אופטיות, חשמליות ומכניות ייחודיות שאינן ניתנות להשגה בחומרים גדולים.זה פתחה ליעילות גבוהה יותר של כוח, ייצור מופחת, וצורה חדשה כמו גם לתאים קלים, כמו גם ללכידת אנרגיה סולרית, כמו גם לא ניתן לכדי שיפור אנרגיה סולרית, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם תכונות שמש גמישות, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם תכונות שמש.

דרישות האנרגיה הגלובלית וצריכות האקלים דורשות אימוץ מהיר של מקורות מתחדשים.תמונות סולאריות מהוות כיום נתח גדל של ייצור חשמל, אבל עוד הפחתה ורווחי יעילות נדרשים להתחרות עם דלקים מאובנים.ננוטכנולוגיה מציעה ערכת כלים כדי לטפל בו זמנית באתגרים אלה.על ידי שיפור ספיגה קלה, שיפור הפרדה מטען והובלת, ומאפשרת ייצור דק-סרט, ננו-חומרים הם מאיץ את המעבר לאנרגיה בת קיימא.

הבנת ננוטכנולוגיה בקונטקסט של Photovoltaics

ננוטכנולוגיה כוללת את מניפולציה של החומר בקנה מידה אטומי מולקולרי.במד זה, חומרים מציגים יחסי פני השטח גבוהה ל-volume, אפקטים של הגבלת קוונטים, ומבנים של להקה משתנים.עבור תאים סולאריים, מאפיינים אלה יכולים להיות רתום כדי להתגבר על המגבלות של מכשירים מבוססי סיליקון קונבנציונלי.לדוגמה, את ה-Sgap של חומר ניתן לכוון על ידי שינוי הגודל של חלקיקים, המאפשרת ספיגה של חלקיקים פעילים יותר, ובכך להפחית את הספקטרום של חלקיקים, ובכך ניתן יהיה יעיל יותר, ובכך להפחית את הספקטרום של חומר ביעילות, ובכך להפחית את הספקטרום של חומר ביעילות, ובכך להפחית את הספקטרום של חומר, ובכך להפחית את עלויות של חומר, ובכך להפחית את הספקטרום של חומר, ובכך להפחית את הספקטרום של חומר יכול להיות מכוונת יותר, ובכך להפחית ביעילות, ובכך להפחית את עלויות חומר יכול להיות מכוונת של חומר יכול להיות מכוונת יותר.

היתרון העיקרי של הנדסה ננומטרית הוא ביכולת של decouple אופטי ואלקטרוני נכסים.בתאים סולאריים מסורתיים, עובי חייב להיות מספיק כדי לספוג אור, אשר לעתים קרובות מגביר את אובדן recombination. nanostructures יכול להשיג ספיגה גבוהה עם שימוש מינימלי בחומר, והם יכולים לספק מסלולים ישירים עבור ספקים המטען כדי להגיע אלקטרודות. decoupling זה הוא מרכזי לביצועים שנראים בתאים ננו-טכנולוגיה.

מפתח ננו-חומרים לשיפור תאים סולאריים

המונחים:

הנקודות הקוונטיות הן חלקיקים למחצה nanocrystals בדרך כלל 2-10 nm בקוטר. התכונות האופטיות שלהם הם בגודל תלוי בשל הגבלת קוונטית. על ידי התאמת גודלם, dots קוונטי יכול להיות מכוון לספוג ולפלט אור באורכי גל ספציפיים.זה מאפשר שכבות מרובות של dotum dots עם להקות שונות כדי להיות ערער, ללכוד מגוון רחב יותר של מושג קוונטית על ידי תאים כפולים של אלקטרום, אבל יש צורך גבוה יותר מאשר תאים כפול של אלקטרום אחד, אבל מאשר תאים מרובים של אלקטרום אחד, 000.

ננווטים

ננווטים הם ננו-מבניים ארוכים עם קוטרים על סדר של עשרות ננומטרים ואורך עד כמה מיקרומטרים.הם מציעים יתרונות ייחודיים עבור תאים סולאריים: יחסי היבט גבוהים להקל על ספיגת אור יעילה ואוסף מטען לאורך נתיבים axial.Nanowires יכול גם להיות גדל אפיקומתאים ⁇ גבוה יותר, ומאפשרים טיפול חומרים תוך שמירה על איכות גבוהה של תאים רדומים של סיליקון:

Metal Nanoparticles ו Plasmonics

חלקיקים מתכתיים, במיוחד כסף וזהב, תומכים חזרות משטח מקומי plasmon resonances. אלה oscillations קולקטיבי של אלקטרונים היום יכול לרכז אור אירוע לתוך כרכים באורך תת-גל, להגדיל באופן דרסטי את השדה האלקטרומגנטי המקומי.כאשר מוטבע בתוך או ממוקם ליד השכבה הפעילה של תא סולארי, חלקיקים ננופוניים יכולים לשפר את הקליטה האור באמצעות פיזור וסביבות הפיכה קרוב ל- 30.

Oxides ו- Transud Conductors

רחב פסגפ מתכת תחמוצות כמו טיטניום דו חמצני (TiO2) ו תחמוצת אבץ (ZnO) משמשים נרחב בתאים סולאריים רגישים צבע-רגישים perovskite. at the nanoscale, חומרים אלה ניתן לסנתז כמו סרטים meso ⁇ או ננו-wires לספק שטח גדול עבור העברה.

מכניזם של שיפור ביצועים

שיפור אור Absorption ו-Frefing

תאים סולאריים קונבנציונליים מסתמכים על משטחים מרקמים וציפויים אנטי-re-re-rence כדי למקסם את ספיגת האור. nanostructures לספק גישה יעילה יותר.גאומטריה של ננווטים, ננו-קונוסים, או תבניות עין-עין יכול ליצור אינדקס פריך של חלקיקים-אופטיים בטווח רחב של אורכי גל, כמו גם ספקטרום גבוה של חלקיקים יכולים לספוגים יותר של תאים אופטיים, כמו ננו-או-אופטימיים, כמו ספוגים יותר.

המונחים: Charge Carrier Dynamics

חומרים ממובנים יכולים גם להקל על הפרדה והובלת המטען.בתאים סולאריים אורגניים, חלקיקים שלב הפרדה בין התורם לבין חומרים מקבל יוצר אזור גדול בין-גזעי עבור exciton di Association.גודל התחום האופייני הוא על סדר של 10-20 nm, בדומה לטווח הדם הדק, כגון הגדלת טווחי הראייה גבוהה.com יכול לספק מסלולים ישירות לאלקטרונים, אשר ניתן להשיג תכונות מתקדמות כגון הגדלת שטח.

יישומים ב-Sol Technologies

« תאים סולאריים דקים

טכנולוגיות דק-סרט, כולל סיליקון amorphous, Gramium Telluride (CdTe), ומכשירי נחושת של ium slenide (CIGS), תועלת משמעותית מ-Nanoטכנולוגיה.לדוגמה, באמצעות משקף אחורי עם nanostructured dielectric או nanoparticles מתכתי יכול להגדיל את אורך האור במגבלה דקת תאים CdTe, שילוב אחוריים של תאים סטרומנטום (S) יכול לשפר את רוחביים מתאימים כדי לשפר את אורך של תאים בינוניים).

תאים סולאריים Perovskite

תאים סולאריים Perovskite הופיעו כיעילות גבוהה, חלופה בעלות נמוכה לסיליקון. nanoטכנולוגיה משחק תפקיד קריטי בביצוע שלהם. Meso ⁇ TiO2 או Al2O3 scaffolds לספק שטח על פני השטח גבוה עבור דלקת perovskite בשלב ההסתננות, שיפור מיצוי לחות.מאוחר יותר לאחרונה, החוקרים שילבו דואטים קוונטיים של חומרים perovskite כדי להשיג יציבות טובה יותר ו-pbility, לדוגמה, כגון: Uvpite טמפרטורה 3.

Tandem ו- Multijunction Cells

כדי להתעלות על הגבולות היעילות של תאים חד-פעמיים, ארכיטקטורות טנדם משלבות קולטנים מרובים עם זוגות שונות. ננוטכנולוגיה מאפשרת שילוב מונוליטי של שכבות אלה עם ערפל מינימלי של lattice. ננווטים שגדלו על substrates סיליקון יכול לשמש כמו התא העליון, סופגת אובדן אנרגיה גבוהה תוך העברת אור אנרגיה נמוכה יותר לתא הסיליקון התחתון.

שיקולים של ייצור ו Scalability

טכניקת המרק

בדיקת תאים סולאריים nanoטכנולוגיה-enhanced דורש שיטות מחיקה יעילות.טכניקות מבוסס פתרון כגון ציפוי ספינ, הדפסה דיוג'ט, ציפוי הדייט מתאימים nanoparticles ו dots קוונטית. Vapor-phase שיטות כמו ציפוי כימי teapor deposition (CVD) ו שכבת אטומית (AL) מציעים שליטה מדויקת על nanostructured ו-Nitsquaumumoltraafils יכול לייצר תבניות מסחר.

עלויות והשפעה סביבתית

בעוד ננו-חומרים יכולים להפחית את השימוש בחומר, הסינתזה שלהם לעתים קרובות כרוכה בבשרים יקרים ובתהליכים אנרגיה-רגישים.שימוש באלמנטים נדירים או רעילים, כגון קדמיום או מובילים, מעלה חששות סביבתיים ובריאותיים. החוקרים מפתחים דואטים קוונטיים ללא-אנרגיה (למשל, InP, CuInS2) ו-סביבתי חלקיקים.

שיקולים סביבתיים ובטיחות

ההקדמה של ננו-חומרים מהונדסים לייצור תאים סולאריים מעלה שאלות על רעילות ועל גורל סביבתי.ניתן לשחרר nanoparticles במהלך סינתזה, עיבוד או סילוק. ⁇ המכילה דואטים קוונטיים הם דאגה מסוימת בשל רעילות מתכת כבדה, אך capsulation בפולימרים או זכוכית יכול להפחית את החשיפה במהלך ניתוח.

פרספקטיבה עתידית ודרכים מחקר

השדה של ננוטכנולוגיה עבור תאים סולאריים מתקדם במהירות.אזורים מתעוררים כוללים את השימוש של nanocrystals perovskite עבור דיודות אור-היתר לייזרים, אשר יכול מהפכה יעילות תאורה לצד השמש. Tandem תאים שילוב של כל-perovskite או perovskite-silicons עם ממשקים ננו-מבנים מתקרבת כוח-מבנה של מכונות לחיזוי יעיל יותר של ספקטרום אופטימתאים מתקדמים-מטרוניים-מטרוניים-מטרים-מטרים-מטר-הוא מאפשר שילוב של שני גדלים מתקדמים-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מתאים מתקדמים-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מתאים מתקדמים-מחדש-מחדש-מתאים מתקדמים-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מ

למרות ההתקדמות, אתגרים נשארים.יציבות של ממשקים ננו-מבנים תחת תאורה וחום חייב להיות נפתר.ייצור תשואה וחידוש בקנה מידה גדול צריך שיפור.ההפחתה של עלויות ללא יעילות הקרבה היא המטרה הסופית.עם המשך ההשקעה ושיתוף פעולה בין-תחומי, תאים סולאריים ננוטכנולוגיה-מוכרים יכולים להשיג פערי רשת במהירות רבה יותר, ולאפשר רווחים חדשים כגון מל"טים המופעלים על ידי השמש, לוויינים, ואלקטרוניקה, כבר לא יעילה, היא מהפכה של תאים סולאריים.

מסקנה

ננוטכנולוגיה הוכיחה להיות כלי רב עוצמה לשיפור ביצועי תאים סולאריים על פני ממדים מרובים - יעילות, עלות, גמישות ועמידות. מנקודות קוונטיות שרתמות את הספקטרום הסולארי המלא לנונו-חוטים המספקים תחבורה יעילה, מניפולציה של חומר ב nanoscale היא פתחה אפשרויות חדשות.כפי שטכניקות ייצור בוגרות וסביבתיות מטופלים, ננוטכנולוגיה תהפוך משולבת יותר ויותר לתוך מוצרי חשמל-וולקטיבית מספקת שמש יעילה, עם אנרגיה, ולוכדת, מאשר לוכדת, באופן יעיל, מאשר , באופן יעיל, מאשר לוכדת, אנחנו יכולים ללכוד את מקור יעיל יותר ויותר, באופן יעיל, מאשר למידה, מאשר , מאשר , יותר ויותר, יותר ויותר, מאשר , כדי ללכוד את הטכנולוגיה, כדי ללכוד את הידע, יותר ויותר, יותר ויותר, באופן יעיל יותר ויותר, מאשר את הידע שלנו, מאשר , באופן יעיל יותר ויותר, יעיל, יעיל, מאשר , יעיל, יעיל, יעיל, מאשר , יעיל יותר ויותר, מאשר למידה יעיל, מאשר , יעיל יותר ויותר, יעיל, מאשר , יעיל יותר ויותר, מאשר , מאשר שיטות ייצור, מאשר שיטות ייצור, מאשר , יעיל, יעיל יותר ויותר, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000