Lähde: scitechdaily
New Yorkin yliopiston tutkijoiden raporteissa voi olla monia unohdettuja orgaanisia ja epäorgaanisia materiaaleja, joita voidaan käyttää valjastamaan auringonvaloa vedenalaiseen ja auttamaan tehokkaasti autonomisia vedenalaisia ajoneuvoja. Heidän tutkimuksensa, joka julkaistaan tänään (18. maaliskuuta 2020) Joule-lehdessä, kehittää suuntaviivoja optimaalisille kaistaväliarvoille useilla vesisillä syvyyksillä osoittaen, että erilaiset laajakaistaväli puolijohteet kuin perinteisessä piissä käytetyt kapeakaistaiset puolijohteet. aurinkokennot, ovat parhaiten varustettu vedenalaiseen käyttöön.
”Toistaiseksi yleinen suuntaus on ollut käyttää perinteisiä piisoluja, jotka osoitamme olevan kaukana ihanteellisesta saavuttaessasi merkittävän syvyyden, koska pii imee suuren määrän punaista ja infrapunavaloa, joka imeytyy myös veteen - etenkin suuret syvyydet ”, sanoo Jason A. Röhr, New Yorkin yliopiston Tandonin teknillisen korkeakoulun professori André D. Taylorin Transformaatiivisten materiaalien ja laitteiden laboratorion tutkijatohtori ja tutkimuksen kirjoittaja. "Ohjeidemme avulla voidaan kehittää optimaalisia materiaaleja."
Vedenalaisia ajoneuvoja, kuten sellaisia, joita käytetään tutkimaan abyssaalian valtamerta, rajoittaa nykyään maalla saatava teho tai tehottomat aluksella olevat akut, jotka estävät pitemmän matkan ja ajanjakson matkustamisen. Mutta vaikka aurinkokennoteknologia, joka on jo käynnistynyt maassa ja ulkoavaruudessa, voisi antaa näille vedenalaisille enemmän vapautta vaeltaa, vetinen maailma asettaa ainutlaatuisia haasteita. Vesi hajottaa ja absorboi suuren osan näkyvästä valonspektristä, imeäkseen punaiset aurinkoaallonpituudet jopa matalassa syvyydessä, ennen kuin piipohjaisilla aurinkokennoilla olisi mahdollisuus vangita ne.
Useimmat aikaisemmat yritykset kehittää vedenalaisia aurinkokennoja on rakennettu piistä tai amorfisesta piistä, joista jokaisella on kapeat kaistavälit, jotka soveltuvat parhaiten valon absorboimiseen maalle. Sininen ja keltainen valo onnistuu kuitenkin tunkeutumaan syvälle vesipylvääseen, vaikka muutkin aallonpituudet pienenevät, mikä viittaa siihen, että puolijohteet, joiden kaistavälit ovat laajemmat, joita ei löydy perinteisistä aurinkokennoista, saattavat tarjota paremman sopivuuden energian toimittamiseen vedenalaisessa tilassa.
Vedenalaisten aurinkokennojen potentiaalin ymmärtämiseksi paremmin Röhr ja hänen kollegansa arvioivat vesistöjä Atlantin ja Tyynenmeren selkeimmistä alueista aina sameaan Suomen järveen käyttämällä yksityiskohtaisen tasapainon mallia mitataksesi aurinkokennojen tehokkuusrajoja kussakin sijainti. Aurinkokennojen osoitettiin keräävän energiaa auringosta 50 metrin syvyyteen maan selkeimmissä vesistöissä, ja viileät vedet lisäsivät solujen tehokkuutta entisestään.
Tutkijoiden laskelmat paljastivat, että aurinkokennojen absorboijat toimisivat parhaiten optimaalisella kaistavälillä, joka on noin 1,8 elektrovolttia kahden metrin syvyydessä ja noin 2,4 elektrovolttia 50 metrin syvyydessä. Nämä arvot pysyivät yhdenmukaisina kaikissa tutkituissa vesilähteissä, mikä viittaa siihen, että aurinkokennot voitaisiin räätälöidä tiettyihin käyttösyvyyksiin veden sijainnin sijaan.
Röhr toteaa, että edullisesti tuotetut orgaanisista materiaaleista valmistetut aurinkokennot, joiden tiedetään toimivan hyvin heikossa valaistuksessa, samoin kuin jaksollisen ryhmän kolmen ja viiden elementtien kanssa tehdyt seokset voivat olla ihanteellisia syvissä vesissä. Ja vaikka puolijohteiden aine eroaisi maassa käytetyistä aurinkokennoista, yleinen rakenne pysyisi suhteellisen samanlaisena.
"Vaikka auringonkorjuumateriaalien olisi muututtava, yleisen suunnittelun ei tarvitse välttämättä muuttaa kaikkea niin paljon", Röhr sanoo. ”Perinteiset silikoni-aurinkopaneelit, kuten katolta löytyvät, on koteloitu ympäristön vaurioiden estämiseksi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että nämä paneelit voidaan upottaa ja käyttää vedessä kuukausia aiheuttamatta paneeleille merkittäviä vaurioita. Samanlaisia kapselointimenetelmiä voitaisiin käyttää uusissa optimaalisista materiaaleista valmistetuissa aurinkopaneeleissa. " Nyt kun he ovat paljastaneet, mikä tekee tehokkaista vedenalaisista aurinkokennoista tikin, tutkijat suunnittelevat aloittavansa optimaalisten materiaalien kehittämisen.
"Tässä hauskuus alkaa!" Röhr sanoo. ”Olemme jo tutkineet kapseloimattomia orgaanisia aurinkokennoja, jotka ovat erittäin vakaita vedessä, mutta meidän on silti osoitettava, että nämä solut voidaan tehdä tehokkaammiksi kuin perinteiset solut. Ottaen huomioon, kuinka kykenevät kollegamme ympäri maailmaa, olemme varmoja, että näemme nämä uudet ja jännittävät aurinkokennot markkinoilla lähitulevaisuudessa. ”
