С отличната си проводимост, якост и дълготрайност графенът може би е новият суперматериал за слънчеви клетки
Питате ли се какво стана с големите обещания на графена? Някога наричан „суперматериал“ заради своите забележителни свойства, днес той се оказва един от най-обещаващите материали за фотоволтаика.
Търсенето на устойчиви и ефективни енергийни източници е водещ мотив за стотици научни изследвания от десетилетия. В много от тях на фокус е слънчевата енергия – обещаваща алтернатива на изкопаемите горива поради нейното изобилие и природосъобразност.
Ефективността на традиционните слънчеви клетки на базата на силиций обаче не може да продължи да нараства вечно – говори се дори, че технологията е достигнала близо до теоретичния си максимум. Подобно ограничение кара изследователите да проучват нови материали и технологии.
Наред с перовскитите един такъв обещаващ нов материал е графенът. По същество той представлява слой въглеродни атоми, подредени в шестоъгълна решетка. Този странен материал е много здрав – според някои източници, 200 пъти по-здрав от стомана; ултрапроводим е, прозрачен, водоустойчив, гъвкав и много лек. Това го прави интересен за почти всички индустрии. Неговият потенциал в технологията на слънчевите клетки като че ли е сред най-големите обещания.
Свойства в полза на фотоволтаиката
Характеристиките на графена го правят идеален кандидат за подобряване на ефективността на слънчевите клетки. Той е отличен проводник на електричество, което позволява ефективен транспорт на електрони, генерирани от слънчевата светлина.
Освен това графенът е невероятно тънък и лек. Теглото е съществен фактор при соларните технологии, особено новото поколение гъвкави и преносими слънчеви панели. В допълнение, прозрачността на графена позволява интегрирането на графенови слънчеви клетки в прозорци и други прозрачни повърхности. А това отваря вратите към редица нови възможности за събиране на слънчева енергия.
Актуални открития
Изследователите работят неуморно, за да разработят графенови слънчеви клетки. Най-скорошните постижения доближават графеновата технология до пазара.
Един значим пробив идва от екип учени от Университета в Манчестър, които са разработили метод за производство на висококачествени графенови филми в мащаб. Този метод, известен като химическо отлагане на пари (CVD), включва “отглеждане” на графен върху меден субстрат и след това прехвърлянето му върху прозрачна, гъвкава основа. Полученият филм може да бъде интегриран в слънчеви клетки, което значително подобрява тяхната ефективност.
Друго обещаващо постижение идва от изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT). Те са създали слънчева клетка, направена изцяло от графен. Този иновативен дизайн се състои от два слоя графен, разделени от изолационен слой от шестоъгълно подреден борен нитрид (hBN). Когато слънчевата светлина достигне до клетката, в горния слой на графена се генерират електрони, които след това се транспортират през слоя hBN до долния слой, създавайки електрически ток.
Подобна графенова слънчева клетка има потенциала да работи по-ефективно и рентабилно от традиционните силициеви клетки.
Предизвикателства
Въпреки големите надежди все още има куп предизвикателства за преодоляване, преди графеновите слънчеви клетки да се превърнат в комерсиално предложение на пазара.
Една от основните пречки е трудността да се произвеждат големи количества висококачествен графен на ниска цена. Въпреки че CVD методът е обещаващ, той все още е скъп и времеемък процес. Изследователите проучват алтернативни методи, като използването на графенов оксид, който може по-лесно да се приложи за масово производство.
Друго предизвикателство се крие в стабилността на графеновите слънчеви клетки. Въпреки че самият графен е много стабилен, материалите, използвани заедно с него, като например прозрачните проводими слоеве и активните материали, абсорбиращи слънчевата светлина, значително по-лесно се разграждат с времето. Фактор за това е и самото въздействие на слънчевата светлина и метеорологичните условия. Деградирането може да доведе до намаляване на ефективността и по-кратък живот на слънчевата клетка.
Не на последно място графеновите слънчеви клетки тепърва трябва да догонят силициевите си „колеги“. Често пъти в това усилие се намесват и перовскитите, чийто ефективност пък е фаворит в индустрията.
Графенови екстри
Успоредно с графеновите слънчеви клетки изследователите разработват и други изобретения от новия супер-материал – такива, които са пряко свързани с добиването на енергия от слънцето. Например, на базата на графен се създават ултра-ефективни батерии за съхранение на електричеството, добито от соларните масиви.
Съхранението продължава да е „слабото място“ в прехода на света от изкопаеми горива към по-екологични източници и фактът, че графенът може да помогне за справянето, е съществен.
Занапред
Използвайки присъщите свойства на графена, изследователите продължават да работят за преодоляване на ограниченията на ограниченията на фотоволтаичната индустрия с надежда да „отключат“ пълния потенциал на слънчевата енергия.
Независимо кой какво смята за изменението на климата, радикалната промяна в енергетиката е на ход и търсенето на по-добра ефективност ще ни срещне с графеновите слъчеви клетки скоро.
Само така!