โซลาร์เซลล์ประดับหลังคาบางส่วนแล้ว แผงเหล่านี้ส่วนใหญ่ทำจากซิลิกอนเจือด้วยวัสดุสองชนิดที่สร้างสนามไฟฟ้าในเซลล์ เมื่อแสงตกกระทบเซลล์ พลังงานของแสงจะปลดปล่อยอิเล็กตรอนภายในซิลิกอน ขับเคลื่อนด้วยสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปยังอิเล็กโทรดและจากนั้นก็เข้าสู่วงจรไฟฟ้า เซลล์เหล่านี้จะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าแม้ว่าต้นทุนในการทำให้ซิลิกอนบริสุทธิ์ลดลงในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่คาดหวังว่าเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิมจะสามารถแข่งขันกับเชื้อเพลิงฟอสซิลในการผลิตไฟฟ้าได้
ดังนั้น นักวิจัยจึงมองหาเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์
ใหม่ที่ผสมผสานประสิทธิภาพสูงเข้ากับต้นทุนที่ต่ำ “เพื่อส่งผลกระทบต่อปัญหา [พลังงาน] เราต้องคิดอะไรบางอย่างที่ขยายไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่” Alivisatos กล่าว
บางกลุ่มเชื่อว่าคำตอบอยู่ที่เซลล์แสงอาทิตย์ที่ประกอบด้วยวัสดุอินทรีย์ วัสดุนาโน หรือทั้งสองอย่าง นักวิจัยได้พัฒนาเซลล์สุริยะอินทรีย์ในห้องปฏิบัติการมาเป็นเวลากว่า 20 ปีแล้ว ต้นแบบรุ่นแรกสุดบางส่วนได้รับการปรับปรุงในช่วงเวลานี้ ซึ่งนำไปสู่อุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้าได้มากถึง 5 เปอร์เซ็นต์ Groups ยังคงแนะนำโมเดลใหม่อย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหาการผสมผสานที่เหมาะสมของวัสดุ ประสิทธิภาพ และต้นทุน
วิธีการที่ใช้สารอินทรีย์ทั่วไปเป็นการรวมวัสดุสองชนิดไว้ในภาพยนตร์ ฌอน อี. ชาฮีน นักฟิสิกส์จาก National Renewable Energy Laboratory ในเมืองโกลเดน รัฐโคโล อธิบาย เมื่อแสงตกกระทบเซลล์ พลังงานของดวงอาทิตย์จะสร้าง exciton ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่จับคู่กับเซลล์ คู่ที่มีประจุบวก, รู—ในวัสดุอย่างใดอย่างหนึ่ง, เรียกว่าผู้บริจาค. แต่การที่จะกลายเป็นไฟฟ้าได้ อิเล็กตรอนจะต้องแยกออกจากโฮล การแยกนี้เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากผู้บริจาคไปยังวัสดุอื่นที่เรียกว่าตัวรับ อิเล็กตรอนอิสระจะเดินทางผ่านตัวรับไปยังอิเล็กโทรดหนึ่ง ขณะที่โฮลจะเดินทางไปยังอีกอิเล็กโทรดหนึ่ง อิเล็กโทรดเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นขั้วของแบตเตอรี่และสามารถจ่ายไฟให้กับวงจรไฟฟ้าได้
Excitons สามารถเดินทางได้ประมาณ 5 หรือ 6 นาโนเมตร
ที่มันจะสลายตัว ดังนั้นควรมีขอบเขตของผู้บริจาคและผู้รับทุกๆ 10 นาโนเมตร Shaheen กล่าว ในเวลาเดียวกัน ส่วนผสมของผู้บริจาคและผู้รับต้องมีทางเดินที่ชัดเจนไปยังขั้วไฟฟ้า เพื่อไม่ให้ประจุติดอยู่ในเกาะของวัสดุ
งานวิจัยบางชิ้นล่าสุดเกี่ยวกับเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์มุ่งเน้นไปที่วิธีการแนะนำโครงสร้างที่เป็นระเบียบมากขึ้นในระบบ ฟอร์เรสต์และกลุ่มของเขาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์โดยบัคกี้บอล—กรงคาร์บอนระดับนาโน—ทำหน้าที่เป็นตัวรับและสารอินทรีย์ที่เรียกว่าคอปเปอร์พทาโลไซยานีนเป็นผู้บริจาค ในเวอร์ชันล่าสุดของเซลล์เหล่านี้ นักวิจัยได้สร้างวัสดุทั้งสองให้เป็นเครือข่ายที่เหมือนผลึก ซึ่งปรับปรุงการเคลื่อนที่ของประจุ พวกเขารายงานในเดือนมีนาคมที่การประชุม American Physical Society ในเมืองเดนเวอร์
แนวทางใหม่ที่รายงานโดย Alivisatos และเพื่อนร่วมงานของเขาในวารสารNano Letters ฉบับเดือนกุมภาพันธ์ เป็นการรวมผลึกนาโนของแคดเมียมเซเลไนด์ที่มีไฮเปอร์แบรนช์เข้ากับโพลิเมอร์ นาโนคริสตัลมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 ถึง 200 นาโนเมตร สมาชิกในทีม Neil A. Fromer กล่าว ซึ่งตรงกับความหนาของฟิล์มคอมโพสิต ดังนั้น อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในผลึกนาโนจึงมีเส้นทางที่ชัดเจนไปยังอิเล็กโทรดของมันที่พื้นผิวของฟิล์ม Fromer กล่าว
โครงสร้างของวัสดุผสมเหล่านี้ถูกกำหนดโดยรูปร่างและขนาดของนาโนคริสตัลเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งนักวิจัยสามารถควบคุมได้ ทำให้อุปกรณ์ทนต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นระหว่างการผสม ซึ่งนำไปสู่การทำซ้ำที่ดีขึ้นสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้ Fromer กล่าว
แม้ว่านี่จะเป็น “ช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้น” ในการวิจัยเซลล์แสงอาทิตย์ Alivisatos กล่าว แต่เขาเตือนว่าเทคโนโลยีล่าสุดยังคงใช้ห้องปฏิบัติการเป็นหลัก “ยังไม่มีใครประสบความสำเร็จในการแสดงที่จำเป็นในท้ายที่สุด” เขากล่าว
“ประสิทธิภาพของเราต่ำเกินไป” Shaheen เห็นด้วย ก่อนที่เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์จะพร้อมสำหรับการพัฒนาขนาดใหญ่ เซลล์ดังกล่าวจะต้องแสดงประสิทธิภาพ 10 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์กล่าว
แต่ศักยภาพในการผลิตต้นทุนต่ำจะเป็นตัวกำหนดอนาคตของเทคโนโลยีนี้ด้วย นั่นคือ “คำมั่นสัญญาของออร์แกนิก” Shaheen กล่าว อาจเป็นไปได้ที่กระบวนการประกอบจะพิมพ์เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้หลายร้อยถึงหลายพันตารางเมตรต่อวันลงบนแผ่นพลาสติก Shaheen กล่าวว่า “ถ้าอย่างนั้น อุดมคติแล้ว คุณมีเซลล์แสงอาทิตย์ม้วนใหญ่นี้” “คุณคลายมัน ยึดมัน เสียบปลั๊ก และคุณก็พร้อมที่จะไป”
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
