Giấc mơ của các cửa sổ thu thập năng lượng mặt trời là một bước gần hơn với thực tế

Hình ảnh tập tin.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Minnesota và Đại học Milano-Bicocca đang mang đến giấc mơ của các cửa sổ có thể thu thập năng lượng mặt trời một cách hiệu quả một bước gần hơn với thực tế nhờ các hạt nano silicon công nghệ cao. sản phẩm năng lượng mặt trời

Các nhà nghiên cứu đã phát triển công nghệ để nhúng các hạt nano silicon vào cái mà họ gọi là các chất tập trung năng lượng mặt trời phát quang hiệu quả (LSC). Các LSC này là yếu tố chính của các cửa sổ có thể thu thập năng lượng mặt trời một cách hiệu quả. Khi ánh sáng chiếu qua bề mặt, các tần số ánh sáng hữu ích bị mắc kẹt bên trong và tập trung vào các cạnh nơi có thể đặt tế bào năng lượng mặt trời nhỏ để nắm bắt năng lượng. LED mặt trời

Nghiên cứu được công bố trên Nature Photonics, một tạp chí khoa học được đánh giá ngang hàng được xuất bản bởi Nhóm xuất bản tự nhiên. Hệ thống chiếu sáng mặt trời

Các cửa sổ có thể thu thập năng lượng mặt trời, được gọi là cửa sổ quang điện, là biên giới tiếp theo trong các công nghệ năng lượng tái tạo, vì chúng có khả năng làm tăng phần lớn bề mặt của các tòa nhà phù hợp để tạo ra năng lượng mà không ảnh hưởng đến thẩm mỹ của chúng - một khía cạnh quan trọng, đặc biệt là ở các khu vực đô thị. Các cửa sổ quang điện dựa trên LSC không yêu cầu bất kỳ cấu trúc cồng kềnh nào được áp dụng trên bề mặt của chúng và vì các tế bào quang điện được ẩn trong khung cửa sổ, chúng hòa trộn vô hình vào môi trường được xây dựng. Ánh sáng năng lượng mặt trời

Ý tưởng về các chất tập trung năng lượng mặt trời và pin mặt trời được tích hợp vào thiết kế xây dựng trong nhiều thập kỷ, nhưng nghiên cứu này bao gồm một sự khác biệt chính - hạt nano silicon. Cho đến gần đây, kết quả tốt nhất đã đạt được bằng cách sử dụng các cấu trúc nano tương đối phức tạp dựa trên các yếu tố có khả năng độc hại, như cadmium hoặc chì, hoặc các chất hiếm như indium, đã được sử dụng ồ ạt cho các công nghệ khác. Bộ sạc pin mặt trời

Silicon có nhiều trong môi trường và không độc hại. Nó cũng hoạt động hiệu quả hơn bằng cách hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau so với nó phát ra. Tuy nhiên, silicon ở dạng số lượng lớn thông thường của nó, không phát ra ánh sáng hoặc ánh sáng. Hệ thống năng lượng mặt trời gia đình

"Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi 'lừa' tự nhiên bằng cách chia kích thước của các tinh thể silicon với một vài nanomet, đó là khoảng một phần mười của đường kính tóc người", giáo sư kỹ thuật cơ khí của Đại học Minnesota Uwe Kortshagen, người phát minh ra Quá trình tạo ra các hạt nano silicon và một trong những tác giả cao cấp của nghiên cứu. Bộ sạc năng lượng mặt trời di động

"Ở kích thước này, các đặc tính của Silicon thay đổi và nó trở thành một bộ phát ánh sáng hiệu quả, với tính chất quan trọng không được tái phát lại phát quang của chính nó. Đây là tính năng chính làm cho các hạt nano silicon phù hợp với các ứng dụng LSC." Máy phát điện năng lượng mặt trời di động

Sử dụng các hạt nano silicon đã mở ra nhiều khả năng mới cho nhóm nghiên cứu. PowerBank năng lượng mặt trời

"Over the last few years, the LSC technology has experienced rapid acceleration, thanks also to pioneering studies conducted in Italy, but finding suitable materials for harvesting and concentrating solar light was still an open challenge," said Sergio Brovelli, physics professor at the University của Milano-Bicocca, đồng tác giả của nghiên cứu, và đồng sáng lập công ty spin-off Glass to Power đang công nghiệp hóa LSC cho các cửa sổ quang điện "Bây giờ, có thể thay thế các yếu tố này bằng các hạt nano silicon." Ánh sáng mặt trời ngoài trời

Các nhà nghiên cứu cho biết các tính năng quang học của các hạt nano silicon và khả năng tương thích gần như hoàn hảo của chúng với quy trình công nghiệp để tạo ra các LSC polymer tạo ra một con đường rõ ràng để tạo ra các cửa sổ quang điện hiệu quả có thể thu được hơn 5 % năng lượng của mặt trời với chi phí thấp chưa từng thấy. Giá hệ thống năng lượng mặt trời

"Điều này sẽ làm cho các cửa sổ quang điện dựa trên LSC trở thành một công nghệ thực sự cho thị trường quang điện tích hợp xây dựng mà không có giới hạn tiềm năng của các loại hạt nano khác dựa trên các vật liệu tương đối hiếm", Francesco Meinardi, giáo sư vật lý tại Đại học Milano-Bicocca và một của các tác giả đầu tiên của bài báo. Hệ thống nhà mặt trời

Các hạt nano silicon được sản xuất trong một quá trình công nghệ cao bằng cách sử dụng lò phản ứng plasma và được hình thành thành bột. Đèn pin mặt trời

"Mỗi hạt được tạo thành từ ít hơn hai nghìn nguyên tử silicon", Samantha Ehrenberg, Ph.D của Đại học Minnesota Ph.D. Sinh viên và một tác giả đầu tiên của nghiên cứu. "Bột được biến thành một dung dịch giống như mực và sau đó được nhúng vào một polymer, hoặc tạo thành một tấm vật liệu nhựa linh hoạt hoặc phủ một bề mặt với một màng mỏng." Năng lượng mặt trời

Đại học Minnesota đã phát minh ra quá trình tạo ra các hạt nano silicon khoảng một chục năm trước và nắm giữ một số bằng sáng chế về công nghệ này. Vào năm 2015, Kortshagen đã gặp Brovelli, một chuyên gia về chế tạo LSC và đã thể hiện nhiều cách tiếp cận thành công khác nhau để LSC hiệu quả dựa trên các hệ thống hạt nano khác. Tắt hệ thống năng lượng mặt trời lưới

Tiềm năng của các hạt nano silicon cho công nghệ này ngay lập tức rõ ràng và sự hợp tác đã ra đời. Đại học Minnesota đã sản xuất các hạt và các nhà nghiên cứu ở Ý đã chế tạo LSC bằng cách nhúng chúng vào các polyme thông qua một phương pháp dựa trên công nghiệp, và nó đã hoạt động. Hệ thống năng lượng mặt trời nhà

"Đây thực sự là một quan hệ đối tác nơi chúng tôi tập hợp các nhà nghiên cứu tốt nhất trong lĩnh vực của họ để làm cho một ý tưởng cũ thực sự thành công", Kortshagen nói. "Chúng tôi đã có chuyên môn trong việc tạo ra các hạt nano silicon và các đối tác của chúng tôi ở Milano có chuyên môn trong việc chế tạo các bộ tập trung phát quang. Khi tất cả kết hợp với nhau, chúng tôi biết rằng chúng tôi có một cái gì đó đặc biệt." Bộ năng lượng mặt trời

Bộ sạc pin mặt trời được cung cấp bởi mtosolar