'N Klein stukkie van 'n prototipe sontarf. Universiteit van Kalifornië, San Diego, CC BY-ND

Die energiegenererende potensiaal van sonpanele - en 'n sleutelbeperking op hul gebruik - is 'n gevolg van wat hulle gemaak word. Silikonpanele daal in prys, sodat hulle op sommige plekke elektrisiteit kan voorsien kos ongeveer dieselfde as krag van fossielbrandstowwe soos steenkool en natuurlike gas. Maar silikon sonpanele is ook lywig, styf en bros, sodat hulle nie oral gebruik kan word nie.

In baie dele van die wêreld wat nie gereelde elektrisiteit het nie, kan sonpanele voorsien leeslig na donker en energie aan pomp drinkwater, help krag klein huishoudelike of dorp-gebaseerde besighede of selfs dien noodskuilings en vlugtelinge kampe. Maar die meganiese breekbaarheid, swaarkry en vervoerprobleme van silikonpanele dui daarop dat silikon dalk nie ideaal is nie.

Gebou op ander se werk, my navorsingsgroep werk aan ontwikkel buigsame sonpanele, wat so doeltreffend as 'n silikonpaneel sou wees, maar dun, liggewig en buigbaar sou wees. Hierdie soort toestel, wat ons 'n "solar tarp, "Kan versprei word na die grootte van 'n kamer en elektrisiteit van die son opwek, en dit kan gevloei word om die grootte van 'n pomelo te wees en soveel as 1,000-tye in 'n rugsak te vul sonder om te breek. Terwyl daar 'n paar pogings is om organiese sonselle meer buigsaam te maak, eenvoudig deur maak hulle ultra-dun, werklike duursaamheid vereis 'n molekulêre struktuur wat die sonpanele rekbaar en taai maak.

Silikon halfgeleiers

Silikon is afgelei van sand, wat dit goedkoop maak. En hoe sy atome in 'n soliede materiaal verpak, maak dit 'n goeie halfgeleier, wat beteken dat die geleidingsvermoë met elektriese velde of lig aangeskakel kan word. Omdat dit goedkoop en nuttig is, Silikon is die basis vir die mikroskyfies en stroombane in rekenaars, selfone en basies alle ander elektronika, wat elektriese seine van een komponent na 'n ander oordra. Silikon is ook die sleutel tot die meeste sonpanele, want dit kan die energie van lig na positiewe en negatiewe ladings omskep. Hierdie ladings vloei na die teenoorgestelde kante van 'n sonsel en kan soos 'n battery gebruik word.

Maar sy chemiese eienskappe beteken ook dat dit nie in buigsame elektronika verander kan word nie. Silikon absorbeer nie lig baie doeltreffend nie. Fotone kan regs deur 'n silikonpaneel wat te dun is, so moet hulle redelik dik wees - rondom 100 mikrometer, oor die dikte van 'n dollarwetsontwerp - sodat geen van die ligte verspoel word nie.

Volgende generasie halfgeleiers

Maar navorsers het ander halfgeleiers gevind wat baie beter is om lig te absorbeer. Een groep materiaal, genaamd "perovskites, "Kan gebruik word om selselle te maak wat is amper so doeltreffend as silikon-een, maar met ligabsorberende lae wat een duisendste die dikte benodig met silikon. As gevolg hiervan werk navorsers aan die bou perovskite sonselle wat klein onbemande vliegtuie kan dryf en ander toestelle waar gewig verminder is 'n belangrike faktor.

Die 2000 Nobelprys in Chemie is toegeken aan die navorsers wat eers bevind het dat hulle 'n ander soort ultra-dun halfgeleier, 'n halfgeleidende polimeer, kan maak. Hierdie tipe materiaal word 'n organiese halfgeleier genoem omdat dit op koolstof gebaseer is en dit word 'n "polimeer" genoem omdat dit uit lang kettings organiese molekules bestaan. Organiese halfgeleiers word reeds kommersieel gebruik, insluitend in die miljard dollar-industrie of organiese lig-emitting diode vertoon, beter bekend as OLED TVs.

Polimeer halfgeleiers is nie so doeltreffend om sonlig na elektrisiteit te omskep soos perovskiete of silikon nie, maar hulle is veel meer buigsaam en moontlik buitengewoon duursaam. Gereelde polimere - nie die halfgeleiers nie - word oral in die daaglikse lewe aangetref; dit is die molekules wat stof, plastiek en verf opmaak. Polimeer halfgeleiers het die potensiaal om die elektroniese eienskappe van materiale soos silikon te kombineer met die fisiese eienskappe van plastiek.

Die beste van albei wêrelde: Doeltreffendheid en duursaamheid

Afhangende van hul struktuur het plastiek 'n wye verskeidenheid eienskappe - insluitende beide buigsaamheid, soos met 'n teer; en rigiditeit, soos die liggaamspanele van sommige motors. Halfgeleidende polimere het rigiede molekulêre strukture, en baie bestaan ​​uit klein kristalle. Dit is die sleutel tot hul elektroniese eienskappe, maar is geneig om hulle bros te maak, wat nie 'n wenslike kenmerk vir buigsaam of rigiede items is nie.

My groep se werk is gefokus op die identifisering van maniere om te skep materiale met beide goeie halfgeleier eienskappe en die duursaamheid plastiek is bekend vir - hetsy buigsaam of nie. Dit sal die sleutel tot my idee wees van 'n solar tarp of kombers, maar kan ook lei tot dakmateriaal, buite vloertegels of selfs die oppervlakke van paaie of parkeerterreine.

Hierdie werk sal die sleutel wees om die krag van sonlig te benut - want die sonlig wat die Aarde in 'n enkele uur tref, bevat immers meer energie as wat die hele mensdom in 'n jaar gebruik.

Oor Die Skrywer

Darren Lipomi, Professor van Nano-ingenieurswese, Universiteit van Kalifornië in San Diego

Hierdie artikel is oorspronklik gepubliseer op Die gesprek. Lees die oorspronklike artikel.

verwante Boeke

at InnerSelf Market en Amazon