ความฝันของหน้าต่างที่รวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ใกล้กับความเป็นจริงเพียงก้าวเดียว

ภาพไฟล์

นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยมินนิโซตาและมหาวิทยาลัย Milano-Bicocca กำลังนำความฝันของหน้าต่างที่สามารถรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพหนึ่งก้าวเข้าใกล้ความเป็นจริงด้วยอนุภาคนาโนซิลิคอนไฮเทค ผลิตภัณฑ์แสงอาทิตย์

นักวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อฝังอนุภาคนาโนซิลิคอนลงในสิ่งที่เรียกว่าศูนย์กลางแสงอาทิตย์เรืองแสงที่มีประสิทธิภาพ (LSCs) LSCs เหล่านี้เป็นองค์ประกอบสำคัญของหน้าต่างที่สามารถรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อแสงส่องผ่านพื้นผิวความถี่ที่เป็นประโยชน์ของแสงจะถูกขังอยู่ด้านในและเข้มข้นกับขอบที่สามารถวางเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็กเพื่อจับพลังงาน LED พลังงานแสงอาทิตย์

การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Photonics ซึ่งเป็นวารสารวิทยาศาสตร์ที่ผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อนที่ตีพิมพ์โดยกลุ่มสำนักพิมพ์ธรรมชาติ ระบบแสงอาทิตย์

หน้าต่างที่สามารถรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ที่เรียกว่าหน้าต่างเซลล์แสงอาทิตย์เป็นพรมแดนต่อไปในเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนเนื่องจากมีศักยภาพที่จะเพิ่มพื้นผิวของอาคารที่เหมาะสมสำหรับการผลิตพลังงานโดยไม่ส่งผลกระทบต่อสุนทรียศาสตร์ของพวกเขา หน้าต่างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ LSC ไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างขนาดใหญ่ใด ๆ ที่จะนำไปใช้กับพื้นผิวของพวกเขาและเนื่องจากเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์ถูกซ่อนอยู่ในกรอบหน้าต่างพวกเขาจะผสมผสานเข้ากับสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้น แสงพลังงานแสงอาทิตย์

แนวคิดของการเข้มข้นของแสงอาทิตย์และเซลล์แสงอาทิตย์ที่รวมเข้ากับการออกแบบอาคารมีมานานหลายทศวรรษ แต่การศึกษานี้รวมถึงความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งคืออนุภาคนาโนซิลิคอน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดได้รับความสำเร็จโดยใช้โครงสร้างนาโนที่ค่อนข้างซับซ้อนตามองค์ประกอบที่เป็นพิษเช่นแคดเมียมหรือตะกั่วหรือสารที่หายากเช่นอินเดียมซึ่งใช้อย่างหนาแน่นสำหรับเทคโนโลยีอื่น ๆ เครื่องชาร์จแผงโซลาร์เซลล์

ซิลิคอนมีอยู่มากมายในสิ่งแวดล้อมและปลอดสารพิษ นอกจากนี้ยังทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นที่แตกต่างจากที่ปล่อยออกมา อย่างไรก็ตามซิลิกอนในรูปแบบกลุ่มทั่วไปไม่ได้ปล่อยแสงหรือ luminesce ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในบ้าน

“ ในห้องแล็บของเราเรา 'หลอก' ธรรมชาติโดยการหลบเลี่ยงมิติของผลึกซิลิกอนเป็นสองสามนาโนเมตรนั่นคือประมาณหนึ่งในพันของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์” ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของมหาวิทยาลัยมินนิโซตา กระบวนการในการสร้างอนุภาคนาโนซิลิกอนและหนึ่งในผู้เขียนอาวุโสของการศึกษา เครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แบบพกพา

"ในขนาดนี้คุณสมบัติของซิลิกอนเปลี่ยนไปและมันจะกลายเป็นตัวปล่อยแสงที่มีประสิทธิภาพด้วยคุณสมบัติที่สำคัญที่จะไม่ดูดซับการเรืองแสงของตัวเองอีกครั้งนี่เป็นคุณสมบัติสำคัญที่ทำให้อนุภาคนาโนซิลิกอนเหมาะสำหรับแอปพลิเคชัน LSC" เครื่องกำเนิดแสงอาทิตย์แบบพกพา

การใช้อนุภาคนาโนซิลิคอนเปิดโอกาสใหม่มากมายสำหรับทีมวิจัย พลังงานแสงอาทิตย์

“ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเทคโนโลยี LSC ได้ประสบกับการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วขอบคุณการศึกษาบุกเบิกที่ดำเนินการในอิตาลี แต่การหาวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการเก็บเกี่ยวและการมุ่งเน้นแสงพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงเป็นความท้าทายที่เปิดกว้าง” Sergio Brovelli ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยกล่าว ของ Milano-Bicocca ผู้เขียนร่วมของการศึกษาและผู้ร่วมก่อตั้งกระจก บริษัท สปินออฟเพื่อใช้พลังงานซึ่งเป็นอุตสาหกรรม LSCs สำหรับหน้าต่างเซลล์แสงอาทิตย์ "ตอนนี้มันเป็นไปได้ที่จะแทนที่องค์ประกอบเหล่านี้ด้วยอนุภาคนาโนซิลิกอน" แสงอาทิตย์กลางแจ้ง

นักวิจัยกล่าวว่าคุณสมบัติทางแสงของอนุภาคนาโนซิลิคอนและความเข้ากันได้ที่สมบูรณ์แบบเกือบกับกระบวนการอุตสาหกรรมในการผลิตโพลิเมอร์ LSCs สร้างเส้นทางที่ชัดเจนในการสร้างหน้าต่างเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งสามารถจับพลังงานมากกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ของดวงอาทิตย์ด้วยต้นทุนต่ำที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน ราคาระบบพลังงานแสงอาทิตย์

“ สิ่งนี้จะทำให้หน้าต่างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ LSC เป็นเทคโนโลยีจริงสำหรับตลาดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบบูรณาการโดยไม่มีข้อ จำกัด ที่อาจเกิดขึ้นของอนุภาคนาโนชั้นอื่น ๆ บนพื้นฐานของวัสดุที่ค่อนข้างหายาก” Francesco Meinardi ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัย Milano-Bicocca กล่าว ของผู้เขียนคนแรกของกระดาษ ระบบบ้านพลังงานแสงอาทิตย์

อนุภาคนาโนซิลิกอนผลิตในกระบวนการไฮเทคโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์พลาสมาและกลายเป็นผง ไฟฉายแสงอาทิตย์

“ อนุภาคแต่ละชนิดประกอบด้วยอะตอมซิลิคอนน้อยกว่าสองพันอะตอม” Samantha Ehrenberg มหาวิทยาลัยมินนิโซตาปริญญาเอกกล่าว นักเรียนและนักเขียนคนแรกของการศึกษา "ผงกลายเป็นสารละลายเหมือนหมึกแล้วฝังลงในโพลิเมอร์ไม่ว่าจะเป็นแผ่นพลาสติกที่ยืดหยุ่นหรือเคลือบพื้นผิวด้วยฟิล์มบาง ๆ " พลังงานแสงอาทิตย์

มหาวิทยาลัยมินนิโซตาคิดค้นกระบวนการในการสร้างอนุภาคนาโนซิลิคอนเมื่อประมาณหนึ่งโหลที่ผ่านมาและมีสิทธิบัตรจำนวนมากเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ ในปี 2558 Kortshagen ได้พบกับ Brovelli ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญในการผลิต LSC และได้แสดงให้เห็นถึงวิธีการที่ประสบความสำเร็จในการใช้ LSC ที่มีประสิทธิภาพตามระบบอนุภาคนาโนอื่น ๆ ปิดระบบพลังงานแสงอาทิตย์กริด

ศักยภาพของอนุภาคนาโนซิลิคอนสำหรับเทคโนโลยีนี้มีความชัดเจนในทันทีและความร่วมมือเกิดขึ้น มหาวิทยาลัยมินนิโซตาผลิตอนุภาคและนักวิจัยในอิตาลีประดิษฐ์ LSCs โดยการฝังพวกมันไว้ในโพลีเมอร์ด้วยวิธีการทางอุตสาหกรรมและทำงานได้ ระบบสุริยจักรวาลกลับบ้าน

“ นี่เป็นหุ้นส่วนอย่างแท้จริงที่เรารวบรวมนักวิจัยที่ดีที่สุดในสาขาของพวกเขาเพื่อทำให้ความคิดเก่าแก่ประสบความสำเร็จอย่างแท้จริง” Kortshagen กล่าว "เรามีความเชี่ยวชาญในการสร้างอนุภาคนาโนซิลิคอนและพันธมิตรของเราในมิลาโนมีความเชี่ยวชาญในการสร้างศูนย์รวมที่เรืองแสงเมื่อทุกอย่างมารวมกันเรารู้ว่าเรามีบางสิ่งที่พิเศษ" KIT SOLAR

เครื่องชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์จัดทำโดย mtosolar