Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda zbudowali pierwsze w pełni węglowe ogniwo słoneczne

Opracowano ogniwo słoneczne wykonane w całości z węgla. Może to stanowić tanią alternatywę w stosunku do drogich materiałów obecnie stosowanych w urządzeniach fotowoltaicznych. Wyniki badań zostały opublikowane w internetowym wydaniu czasopisma ACS Nano.

Posłuchaj
00:00

- Węgiel ma potencjał, aby zapewnić wysoką wydajność przy niskich kosztach - mówi główna autorka badań Zhenan Bao, profesor inżynierii chemicznej w Stanford. - Być może w przyszłości będzie można dotrzeć na inne rynki, gdzie elastyczne węglowe ogniwa słoneczne pokryją powierzchnie budynków czy okien lub znajdą się na samochodach i posłużą do wytwarzania energii elektrycznej.

W przeciwieństwie do sztywnych krzemowych paneli słonecznych, które zdobią liczne dachy, cienki prototyp ze Stanford wykonany jest z materiałów węglowych, które mogą być pokryciem przygotowywanym jako roztwór. Przygotowanie krzemowych ogniw słonecznych wymaga wielu kroków. Urządzenie fotowoltaiczne oparte na ogniwach węglowych może być zbudowane przy użyciu prostych metod powlekania, które nie wymagają drogich narzędzi i maszyn.

Nanomateriały węglowe

Zhenan Bao, profesor inżynierii chemicznej w Uniwersytecie StanfordaEksperymentalne ogniwo słoneczne grupy profesor Bao składa się z warstwy światłoczułej, która absorbuje światło słoneczne, umieszczonej pomiędzy dwoma elektrodami. W typowym cienkowarstwowym ogniwie elektrody wykonane są z przewodzącego metalu i tlenku indu. - Materiały takie jak ind są rzadkie i coraz bardziej kosztowne, a popyt na ogniwa słoneczne, panele dotykowe i inne urządzenia elektroniczne rośnie. Z drugiej strony węgiel jest tani i występuje na Ziemi powszechnie - mówi profesor Zhenan Bao.

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda wykorzystują do badań srebro i tlenek indu stosowany w konwencjonalnych elektrodach z grafenem. Nanorurki węglowe mają niezwykłe przewodnictwo elektryczne i unikalne właściwości w zakresie absorpcji światła. W warstwie aktywnej wykorzystywany jest materiał złożony z nanorurek węglowych i "fulerenów" - kulistych cząsteczek węgla, mających tylko jeden nanometr średnicy.

- Każdy element naszego ogniwa słonecznego jest od góry do dołu wykonany z materiałów węglowych. Inne grupy badawcze również informują o wykonaniu ogniw węglowych, ale odnosi się to tylko do ich środkowej warstwy czynnej, a nie elektrod - wyjaśnia uczestnik badań, Michael Vosgueritchian.

Wadą prototypu węglowego jest przede wszystkim to, że absorbuje długości fali świetlnej w pobliżu podczerwieni. Przyczynia się to do spadku efektywności poniżej 1% - znacznie niżej niż w dostępnych ogniwach słonecznych.

Dążenie do poprawy efektywności

Uniwersytecki zespół ze Stanford próbuje różnych sposobów, aby poprawić wydajność. Chropowatość może wywoływać w urządzeniu zwarcia i sprawia, że trudno jest odbierać prąd. Badacze chcą uzyskać gładkość każdej warstwy dzięki precyzyjnemu układaniu nanomateriałów. Grupa eksperymentuje również z nanomateriałami węglowymi, które pochłaniają więcej światła w szerszym zakresie długości fal, w tym w zakresie widzialnym.

Są też opinie, że zdolność węglowych ogniw słonecznych do pracy w ekstremalnych warunkach może przezwyciężyć potrzebę większej efektywności. Materiały wykonane z węgla są bardzo wytrzymałe - pozostają stabilne w temperaturach powietrza prawie 1100 stopni Fahrenheita (ponad 590°C).

Przy budowie pierwszego w pełni węglowego ogniwa słonecznego pracowali także: Peng Wei ze Stanford oraz Chenggong Wang i Yongli Gao z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Rochester. Badania były finansowane przez Uniwersytet Stanforda (Global Climate and Energy Project) oraz Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych (Air Force Office for Scientific Research).

źródło i zdjęcia: Stanford University

Powiązane treści
W czwartym kwartale mogą wzrosnąć ceny ogniw słonecznych
Naukowcy opracowują ogniwa słoneczne w sprayu
Sprawność baterii słonecznych coraz bliżej 50%
Siedmiokrotny przyrost mocy w polskiej fotowoltaice
Naukowcy z Naval Research Laboratory odkryli nowy materiał do chłodzenia urządzeń elektronicznych
Opracowano użytkową formę ultralekkich przewodów z nanorurek węglowych
Przemysł fotowoltaiczny - prognozy i wyzwania
IBM ogłasza przełom w technologii nanorurek węglowych
27 mln zł na badania nanotechnologii dla Instytutu Wysokich Ciśnień
We Wrocławiu otwarto Centrum Badań nad mikro- i nanoelektroniką
Na UW działa już aparatura do wytwarzania przestrzennych nanostruktur
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Projektowanie i badania
Odporność danych wchodzi na nowy poziom: Veeam przejmuje Securiti AI
Komunikacja
Samsung i Google przyspieszają rewolucję XR
Mikrokontrolery i IoT
ME Embedded i Congatec - partnerstwo, które przyspieszy rozwój systemów automatyki i IoT
Aktualności
W czwartek w Warszawie startuje Evertiq Expo
Zasilanie
Eneris uruchomił w Siemiatyczach elektrownię PV
Produkcja elektroniki
Holenderski rząd przejmuje kontrolę nad firmą Nexperia
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Informacje z firm
Grupa RENEX zaprasza na targi Evertiq EXPO Warszawa 2025
Magazyn
Październik 2025
Magazyn
Wrzesień 2025

Najczęstsze błędy przy projektowaniu elektroniki i jak ich uniknąć

W elektronice „tanio” bardzo często znaczy „drogo” – szczególnie wtedy, gdy oszczędza się na staranności projektu. Brak precyzyjnych wymagań, komponent wycofany z produkcji czy źle poprowadzona masa mogą sprawić, że cały produkt utknie na etapie montażu SMT/THT albo testów funkcjonalnych. Konsekwencje są zawsze te same: opóźnienia i dodatkowe koszty. Dlatego warto znać najczęstsze błędy, które pojawiają się w projektach elektroniki – i wiedzieć, jak im zapobiegać.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów