Enemmän sähköä auringonvalosta

08.10.2020

ORNL-fononien-blokkaus-aurinkokennoissa-250-t.jpgDeuteriumin korvaaminen vedyllä tekee metyyliammoniumista raskaampaa ja hidastaa sen heilumista, jotta se voi olla vuorovaikutuksessa tärinän kanssa, joka poistaa lämmön pitämällä varauskantajat kuumina pidempään.

Oak Ridge National Laboratoryn ja Tennesseen yliopiston (UT) vetämä tutkimus aurinkoenergian keruusta paljasti tavan hidastaa fononeja eli lämpöä kuljettavia aaltoja.

Löytö voisi tehostaa uudenlaisia kuumien kantajien aurinkokennoja. Ne muuttavat auringonvalon sähköksi tehokkaammin kuin tavanomaiset aurinkokennot hyödyntämällä kuumia varauksenkantajia ennen kuin ne menettävät energiansa lämmöksi.

"Osoitimme, että lämmönsiirtoa ja varauksenkantajan jäähtymisaikaa voidaan muokata muuttamalla vetyatomien massaa aurinkokennomateriaalissa", kertoi ORNL:n Michael Manley. "Tämä varauskantajien käyttöiän pidentämisen reitti paljasti uusia strategioita, joilla saavutetaan ennätyksellinen aurinko/sähkö-muuntotehokkuus uusissa kuumien kantajien aurinkokennoissa."

UT:n Mahshid Ahmadi totesi: "Orgaanisten molekyylien dynamiikan säätäminen voi mahdollistaa lämmönjohtavuudelle tärkeiden fononien hallinnan organometallisissa perovskiiteissa."

Moninaisten menetelmien avulla tutkijat löysivät tavan estää tuhlaava varauksen jäähtyminen vaihtamalla kevyempi isotooppi raskaampaan organometallisessa perovskiitissa.

Lämpöhäviön estäminen on suuri haaste näille kuumien kantajien aurinkokennoille, joiden potentiaali on kaksinkertainen tavanomaisiin aurinkokennoihin verrattuna.

Perovskiittisten aurinkokennojen muuntotehokkuus on parantunut vuosikymmenessä 3%:sta yli 25%:iin. Hyvin suunnitellulla kuumien kantajien rakenteella saavutettaisiin teoreettinen muuntotehokkuus, joka lähestyy 66%.

"Fononit näyttävät melko tehokkaalta kääntönupilta, ja me tiedämme, kuinka kääntää nappulaa", Manley toteaa. "Kun haluat parantaa materiaaleja, voit lisätä molekyylin, metyyliammoniumin tai jotain muuta. Löytö voi informoida kehittäjien päätöksistä siitä, miten he kasvattavat kiteitään."

Ahmadi lisää: "Tätä tietoa voidaan käyttää ohjaamaan materiaalien suunnittelua aurinkosähköä laajemmillekin sovelluksille, kuten optisille antureille ja viestintälaitteille."

Piiaurinkopaneelit ovat saavuttamassa teknisen rajansa, mutta tutkijat kokeilevat yhdistämällä piitä muihin materiaaleihin saadakseen enemmän sähköenergiaa auringonvalosta.

ORNL-fononien-blokkaus-ILLlNOIS-kerrostus-R-225-t.jpgIllinoisin yliopiston Sähkö- ja tietokonetekniikan professori Larry Lee johti uutta tutkimussaavutusta, joka voisi lisätä kuluttajien aurinkopaneelien tehokkuutta 50%.

Tämä parannus saatiin aikaan piin ja galliumarsenidifosfidin kerroksista kootussa aurinkokennossa. Nyt nämä kaksi kerrosta saatiin liittymään toisiinsa erittäin ehjällä rajapinnalla, jonka epätäydellisyydet ovat aiemmin estäneet näiden kahden materiaalin toisiaan täydentävien ominaisuuksien tehokkaan hyödyntämisen.

Aiheista aiemmin:

Kuumia kantajia keräten

Perovskiiteistä löytyy yllätyksiä

Edullisempia tehokkaita aurinkokennoja

25.11.2020Biopohjaisen aurinkoenergian keruumateriaalia
24.11.2020Anti-laser ideoi langatonta tehonsiirtoa
23.11.2020Uusi vaihe kohti kvanttiteknologiaa
20.11.2020Kvanttitunnelointi siirtää omavoimaisten antureiden rajoja
19.11.2020Valotoimista tekoälyä
18.11.2020Henkilökohtainen terveyssiru
17.11.2020Nopeita lämpöä sietäviä polymeerimodulaattoreita
16.11.2020Tehokas kannettava terahertsilaseri
13.11.2020Fyysikot kehittävät kvanttimodeemia
12.11.2020Tahmeat elektronit: Kun repulsio muuttuu vetovoimaksi

Siirry arkistoon »