Sekeping kecil terpal solar prototaip. Universiti California, San Diego, CC BY-ND

Potensi penjanaan tenaga panel solar - dan batasan utama penggunaannya - adalah hasil daripada apa yang mereka buat. Panel yang terbuat dari silikon merosot dalam harga sedemikian rupa sehingga di beberapa lokasi mereka dapat menyediakan elektrik itu kos kira-kira sama dengan kuasa dari bahan api fosil seperti arang batu dan gas asli. Tetapi panel solar silikon juga besar, tegar dan rapuh, jadi mereka tidak boleh digunakan di mana sahaja.

Di banyak bahagian dunia yang tidak mempunyai elektrik biasa, panel solar boleh memberi membaca cahaya selepas gelap dan tenaga untuk pam air minuman, bantu kuasa rumah kecil atau perniagaan berasaskan kampung atau bahkan berkhidmat tempat perlindungan kecemasan dan khemah pelarian. Tetapi kerapuhan mekanikal, kesukaran dan kesukaran pengangkutan panel solar silikon menunjukkan bahawa silikon mungkin tidak sesuai.

Bangunan pada kerja orang lain, kumpulan penyelidikan saya sedang berusaha membangun panel solar fleksibel, yang akan menjadi cekap seperti panel silikon, tetapi akan nipis, ringan dan boleh dibengkokkan. Peranti jenis ini, yang kami sebut sebagai "tarp solar, "Boleh disebarkan kepada saiz sebuah bilik dan menjana tenaga elektrik dari matahari, dan ia boleh menjadi ukuran limau gedang dan disumbat dalam ransel sebanyak 1,000 kali tanpa pecah. Walaupun terdapat beberapa usaha untuk menjadikan sel solar organik lebih fleksibel semata-mata oleh menjadikan mereka sangat nipis, ketahanan sebenar memerlukan struktur molekul yang membuat panel suria boleh diperbaharui dan sukar.

Semikonduktor silikon

Silikon berasal dari pasir, yang menjadikannya murah. Dan cara pek atomnya dalam bahan pepejal menjadikannya semikonduktor yang baik, yang bermaksud kekonduksiannya boleh dihidupkan dan dimatikan menggunakan medan elektrik atau cahaya. Kerana ia murah dan bermanfaat, silikon adalah asas untuk mikrocip dan papan litar di komputer, telefon bimbit dan pada dasarnya semua elektronik lain, menghantar isyarat elektrik dari satu komponen ke yang lain. Silicon juga merupakan kunci kepada kebanyakan panel solar, kerana ia boleh menukar tenaga dari cahaya menjadi caj positif dan negatif. Caj ini mengalir ke sisi bertentangan sel suria dan boleh digunakan seperti bateri.

Tetapi sifat kimianya juga bermakna ia tidak dapat diubah menjadi elektronik yang fleksibel. Silicon tidak menyerap cahaya dengan sangat cekap. Foton mungkin melintas betul-betul melalui panel silikon yang terlalu nipis, jadi mereka perlu agak tebal - sekitar micrometer 100, mengenai ketebalan rang undang-undang dolar - supaya tiada cahaya yang hilang.

Semikonduktor generasi akan datang

Tetapi penyelidik telah menemui semikonduktor lain yang lebih baik menyerap cahaya. Satu kumpulan bahan, yang dipanggil "perovskites, "Boleh digunakan untuk membuat sel solar hampir sama dengan cekap seperti silikon, tetapi dengan lapisan menyerap cahaya yang merupakan ketebalan seperseribu yang diperlukan dengan silikon. Akibatnya, penyelidik sedang berusaha membina sel solar perovskite yang boleh kuasa pesawat tanpa pemandu kecil dan peranti lain di mana mengurangkan berat badan adalah faktor utama.

. Hadiah Nobel 2000 dalam Kimia dianugerahkan kepada para penyelidik yang pertama kali mendapati mereka boleh membuat satu lagi semikonduktor ultra tipis, yang dipanggil polimer semikonduktor. Jenis bahan ini dipanggil "semikonduktor organik" kerana ia berasaskan karbon, dan ia dipanggil "polimer" kerana ia terdiri daripada rantaian panjang molekul organik. Semikonduktor organik telah digunakan secara komersil, termasuk dalam industri bernilai bilion dolar of paparan pemancar cahaya organik, lebih dikenali sebagai TV OLED.

Semikonduktor polimer tidak begitu cekap untuk menukarkan cahaya matahari ke elektrik sebagai perovskit atau silikon, tetapi mereka lebih fleksibel dan berpotensi luar biasa. Polimer biasa - bukan semikonduktor - terdapat di mana-mana dalam kehidupan seharian; mereka adalah molekul yang membentuk kain, plastik dan cat. Semikonduktor polimer memegang potensi untuk menggabungkan sifat elektronik bahan seperti silikon dengan sifat fizikal plastik.

Yang terbaik dari kedua-dua dunia: Kecekapan dan ketahanan

Bergantung pada struktur mereka, plastik mempunyai pelbagai jenis harta - termasuk kedua-dua fleksibiliti, seperti dengan tarp; dan ketegaran, seperti panel badan beberapa kereta. Polimer semikonduktor mempunyai struktur molekul yang tegar, dan banyaknya terdiri daripada kristal kecil. Ini adalah kunci kepada sifat elektronik mereka tetapi cenderung menjadikan mereka rapuh, yang bukan sifat yang wajar untuk item fleksibel atau tegar.

Kerja kumpulan saya telah memberi tumpuan kepada mengenal pasti cara untuk mencipta bahan dengan kedua-dua sifat semikonduktor yang baik dan ketahanan plastik diketahui - sama ada fleksibel atau tidak. Ini akan menjadi kunci kepada ide saya tentang tarp atau selimut solar, tetapi juga boleh menyebabkan bahan bumbung, jubin lantai luar atau mungkin permukaan jalan atau tempat letak kereta.

Kerja ini akan menjadi kunci untuk memanfaatkan kuasa cahaya matahari - kerana, selepas semua, sinar matahari yang menyerang Bumi dalam satu jam mengandungi lebih banyak tenaga berbanding semua kegunaan manusia dalam setahun.

Tentang Pengarang

Darren Lipomi, Profesor Nanoengineering, University of California San Diego

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon