Μετά από έξι χρόνια ανάπτυξης, το ηλιακό ηλεκτρικό ηλεκτρικό ηλεκτρικό της ολλανδικής startup τεχνολογίας, με το όνομα «the 0», είναι έτοιμο να κάνει το ντεμπούτο του. Αυτό το καινοτόμο όχημα μπορεί να υπερηφανεύεται για την ικανότητα να διανύει μήνες χωρίς να χρειάζεται επαναφόρτιση, θέτοντας ένα νέο πρότυπο για την απόδοση στην ηλεκτρική μεταφορά. 

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Lehigh ανέπτυξαν ένα νέο κβαντικό υλικό που θα μπορούσε να φέρει σημαντική επανάσταση στην απόδοση των ηλιακών συλλεκτών. Αυτό το καινοτόμο υλικό, που συνδυάζει χαλκό, σεληνιούχο γερμάνιο (GeSe) και θειούχο κασσίτερο (SnS), έχει επιδείξει εξωτερική κβαντική απόδοση (EQE) έως και 190%. Αυτός ο αριθμός ξεπερνά τα συμβατικά όρια απόδοσης, υποδηλώνοντας μια σημαντική ανακάλυψη που θα μπορούσε να μεταμορφώσει τη συλλογή ηλιακής ενέργειας.

Κατανόηση της Επανάστασης στην Αποδοτικότητα

Οι ηλιακές κυψέλες μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια και η αποτελεσματικότητά τους μετράται από το EQE, το οποίο παραδοσιακά φτάνει στο 100%. Αυτή η απόδοση 100% σημαίνει ότι κάθε φωτόνιο φωτός παράγει ένα ηλεκτρόνιο ηλεκτρισμού. Ωστόσο, το νέο υλικό που αναπτύχθηκε στο Lehigh χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό γνωστό ως παραγωγή πολλαπλών εξιτονίων (MEG), όπου τα φωτόνια υψηλής ενέργειας μπορούν να παράγουν περισσότερα από ένα ηλεκτρόνια, ωθώντας έτσι την απόδοση πέρα ​​από το φράγμα του 100%.

Αυτό που ξεχωρίζει αυτό το υλικό είναι η χρήση «καταστάσεων ενδιάμεσης ζώνης» – συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας μέσα στο υλικό που ενισχύουν την ικανότητά του να μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια. Αυτά τα ενεργειακά επίπεδα βρίσκονται σε ιδανική τοποθεσία για να εκμεταλλεύονται φωτόνια που θα σπαταλούσαν τα συμβατικά ηλιακά κύτταρα. Το υλικό εισχωρεί σε ένα ευρύτερο φάσμα του ηλιακού φάσματος απορροφώντας επιπλέον φως στο υπέρυθρο και ορατό φάσμα, ενισχύοντας έτσι την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Η Επιστήμη πίσω από την Καινοτομία

 
Σχηματική απεικόνιση του ηλιακού κυττάρου λεπτής μεμβράνης με το CuxGeSe/SnS ως ενεργό στρώμα. Πίστωση: Ekuma Lab / Πανεπιστήμιο Lehigh

Η εντυπωσιακή απόδοση του υλικού βασίζεται στον ακριβή δομικό χειρισμό σε μοριακό επίπεδο. Με την εισαγωγή ατόμων χαλκού σε στρώματα GeSe και SnS, οι ερευνητές δημιούργησαν μια σφιχτά συνδεδεμένη, δισδιάστατη δομή που επιτρέπει μοναδικές αλληλεπιδράσεις φωτονίων με το υλικό. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν μέσα σε κενά van der Waals - μικροσκοπικά κενά μεταξύ των στρωμάτων του υλικού όπου βρίσκονται τα άτομα χαλκού.

Μέσω εκτεταμένων προσομοιώσεων υπολογιστή και πειραματικών μεθόδων, η ομάδα έχει τελειοποιήσει μια τεχνική που επιτρέπει την ακριβή τοποθέτηση των ατόμων χαλκού, ελαχιστοποιώντας τα ανεπιθύμητα αποτελέσματα όπως η ομαδοποίηση, που θα μπορούσε να θέσει σε κίνδυνο την απόδοση του υλικού.

Κοιτάζοντας μπροστά: Προκλήσεις και Ευκαιρίες

Η ανάπτυξη ενός νέου κβαντικού υλικού με έως και 190% κβαντική απόδοση από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Lehigh θα μπορούσε να προωθήσει σημαντικά τις μεταφορές με ηλιακή ενέργεια, συμπεριλαμβανομένων αυτοκινήτων, φορτηγών και λεωφορείων.

Αυτό το πρωτοποριακό υλικό, ικανό να συλλαμβάνει αποτελεσματικά ένα ευρύ φάσμα ηλιακού φωτός, αντιμετωπίζει τους τρέχοντες περιορισμούς των οχημάτων με ηλιακή ενέργεια παρέχοντας επαρκή ενέργεια για βαρύτερα και μεγάλες αποστάσεις ταξίδια χωρίς εξάρτηση από ορυκτά καύσιμα.

Η ενσωμάτωση αυτών των ηλιακών κυψελών υψηλής απόδοσης σε σχέδια οχημάτων προσφέρει τη δυνατότητα δραματικής μείωσης των εκπομπών άνθρακα, ιδιαίτερα σε οχήματα βαριάς χρήσης όπως λεωφορεία και φορτηγά, όπου το κόστος των καυσίμων και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις αποτελούν σημαντικές ανησυχίες.

Καθώς αυτά τα προηγμένα ηλιακά κύτταρα αναπτύσσονται περαιτέρω για πρακτική χρήση, θα μπορούσαν να μεταμορφώσουν την οικονομική και περιβαλλοντική δυναμική παγκοσμίως. Η μείωση του λειτουργικού κόστους των οχημάτων και των εκπομπών άνθρακα θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντική εξοικονόμηση πόρων και σε βελτίωση της δημόσιας υγείας μέσω καθαρότερου αέρα.

Επιπλέον, η στροφή προς οχήματα με ηλιακή ενέργεια θα μείωνε την παγκόσμια εξάρτηση από το πετρέλαιο, θα ενίσχυε τη γεωπολιτική σταθερότητα και θα προωθούσε τη δημιουργία θέσεων εργασίας στους τομείς των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Αυτή η αλλαγή αντιπροσωπεύει ένα κρίσιμο βήμα προς τις βιώσιμες παγκόσμιες μεταφορές, ευθυγραμμίζοντας με ευρύτερους περιβαλλοντικούς στόχους και ανοίγοντας το δρόμο για ένα καθαρότερο, πιο βιώσιμο μέλλον.

Ενώ τα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα, υπάρχει ένας δρόμος για την εμπορευματοποίηση αυτού του υλικού. Η ενσωμάτωση αυτού του νέου κβαντικού υλικού σε υπάρχοντα συστήματα ηλιακής ενέργειας απαιτεί περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη. Αν και προηγμένη, η διαδικασία παραγωγής πρέπει να κλιμακωθεί για πρακτική εφαρμογή στη βιομηχανία ηλιακής ενέργειας.

Τα πιθανά οφέλη αυτής της τεχνολογίας είναι τεράστια. Αυξάνοντας σημαντικά την απόδοση των ηλιακών κυψελών, μπορούμε να κάνουμε βήματα προς πιο βιώσιμες ενεργειακές λύσεις, μειώνοντας την εξάρτησή μας από ορυκτά καύσιμα και μειώνοντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της παραγωγής ενέργειας.

Το έργο του καθηγητή Chinedu Ekuma και της ομάδας του στο Πανεπιστήμιο Lehigh αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στον τομέα των φωτοβολταϊκών. Η ανάπτυξή τους αμφισβητεί τα υπάρχοντα όρια και ανοίγει νέους δρόμους για το μέλλον των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Καθώς αυτή η τεχνολογία προχωρά, θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο οικονομικά και αποδοτικά συστήματα ηλιακής ενέργειας, καθιστώντας την ηλιακή ενέργεια πιο προσιτή παγκοσμίως και συμβάλλοντας στη διατήρηση των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Ο Robert Jennings είναι συνεκδότης του InnerSelf.com με τη σύζυγό του Marie T Russell. Παρακολούθησε το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, το Νότιο Τεχνικό Ινστιτούτο και το Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα με σπουδές στα ακίνητα, την αστική ανάπτυξη, τα οικονομικά, την αρχιτεκτονική μηχανική και τη στοιχειώδη εκπαίδευση. Ήταν μέλος του Σώματος Πεζοναυτών των ΗΠΑ και του Αμερικανικού Στρατού έχοντας διοικήσει μια μπαταρία πυροβολικού πεδίου στη Γερμανία. Εργάστηκε στη χρηματοδότηση ακινήτων, την κατασκευή και την ανάπτυξη για 25 χρόνια πριν ξεκινήσει το InnerSelf.com το 1996.

Το InnerSelf είναι αφοσιωμένο στην ανταλλαγή πληροφοριών που επιτρέπουν στους ανθρώπους να κάνουν μορφωμένες και διορατικές επιλογές στην προσωπική τους ζωή, για το καλό των κοινών και για την ευημερία του πλανήτη. Το περιοδικό InnerSelf διανύει τα 30+ χρόνια δημοσίευσής του είτε σε έντυπη μορφή (1984-1995) είτε στο διαδίκτυο ως InnerSelf.com. Υποστηρίξτε τη δουλειά μας.

 Creative Commons 4.0

Αυτό το άρθρο διαθέτει άδεια χρήσης με άδεια Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. Αποδώστε τον συγγραφέα Robert Jennings, InnerSelf.com. Σύνδεσμος πίσω στο άρθρο Αυτό το άρθρο αρχικά εμφανίστηκε Innerself.com