Új találmány, ami a nanotechnológiáknak hála, rendkívül hatékony, így jelentősen csökkentheti a napelemek árát

2012. március 6., kedd

Megújuló-, alternatív energia hírek, újdonságok

Egy nano szilíciumszálakon alapuló új napelem technológia az átlagos napelemekhez képest nagyságrendekkel olcsóbban képes energiát előállítani.

A szilícium terítékeket még működőképes napelemekké kell alakítani, de a fényelnyelő és áramfejlesztő képességére vonatkozó előzetes felmérések alapján a mai technológiák olcsó alternatívájává válhatnak.

A fotovoltaikus napelemek működési elve egyértelmű: amikor az anyagot napfény éri elektronok szabadulnak fel, amelyek egy irányba kezdenek el mozogni. Az elektronok pozitív töltésű üres helyeket, „lyukakat” hagynak maguk után, amelyek a másik irányba mozognak, így feszültség jön létre.

Egyszerű elképzelés, de nem olcsó. A napelemeket általában vékony szilíciumlemezekből készítik, amiknek jó a fényelnyelő képességük, de drága az előállításuk.

Harry Atwater kollégáival a pasadenai Kaliforniai Technológiai Intézetben egy olyan alternatívát talált, amelynek előállításához a mostani szilícium napelemek anyagának mindössze egy százalékára van szükség. A nanoszálak széleskörűen használt technológiáját alkalmazva a kutatók egy mikrométeres méretű szilíciumszálakból álló szövetet alkottak, amit egy átlátszó polimerbe helyeztek.

Ez önmagában még nem elég a fény hatékony elnyeléséhez. Bár a napelem jól el tudja nyelni a nagy dőlésszögű napsugarakat, (például kora reggel) a teljesen fölülről érkező sugarak áthaladnak a rudak között, és elvesznek. „A déli napfény befogadására való alkalmatlanság nem éppen jó tulajdonsága egy napelemnek”, jegyezte meg Atwater.

A probléma megoldása érdekében a csapat alumínium-oxid részecskéket juttatott az átlátszó polimerbe. A részecskék szétszórják a fényt, megnövelve így annak az esélyét, hogy egy szilíciumszálat talál el. Atwater szerint a beeső napsugárzás 85 százalékát lehet ily módon hatékonyan elnyelni.

Atwater kellemesen csalódott, amikor megtudta, hogy a szilíciumszövet hatékonyabban nyeli el az infravörös fényt, mint az általános napelemek. Az eredmény szembeszegül azzal az állítással, miszerint a legtöbb fényt elnyelő felület a durván strukturált (ostya szerkezetű). „Átléptük azt, amit eddig a napelemek elnyelési határának gondoltak”, mondta.

„Ez egy remek dolog, nagyon jó eredményekkel”, mondta Ken Durose fizikus, a Durham University napelem-specialistája. „A legnagyobb probléma a napelemekkel az, hogy túl drágák, ezért az ár és a felhasznált anyag mennyiségének csökkentése a hatékonyság megtartásával volt a kutatások legfőbb célja.”

Durose szerint a csapat következő lépése egy teljesen működőképes napelem elkészítése a szilíciumszálas eszközből. Durose megjegyezte, hogy egy szentpétervári csapat egy nanoszálakon alapuló gallium arzenidből készült napelem eszközt mutatott be, ami a drágább a szilíciumos napelem megoldásoknál.

Atwater csapata már próbálkozik a találmány továbbfejlesztésével. Ha sikerrel járnak, a szilícium alapú napelem technológiájuknak meg lesz az az előnye, hogy viszonylag egyszerűen beépíthető a mostani gyártási folyamatokba. „A szálak gyártásához szükséges eszközök és felszerelések már használatban vannak.”, nyilatkozta Atwater.

Ettől függetlenül Keith Barnham, a Londoni Egyetem Kvantum Fotovoltaika csoportjáról azt mondja, hogy még túl korai megmondani, hogy a kis szilícium terítékek tényleg működni fognak-e. Az anyag hibái elég nagy gondot okoznak a napelemek építésénél, mivel a különálló elektronokat és lyukakat rekombinációra kényszeríti, ami a napelem hatásfokának csökkenésével jár. Barnham szerint Atwater csapatának bizonyítania kell, hogy ez nem jelentős probléma szilíciumszálakból készült napelemek esetében.