Източник: scitechdaily
Може да има много пренебрегвани органични и неорганични материали, които биха могли да се използват за извличане на слънчева светлина под вода и ефективно захранване на автономни потопяеми превозни средства, съобщават изследователи от Нюйоркския университет. Техните изследвания, публикувани днес (18 март 2020 г.) в списание Joule, разработват насоки за оптимални стойности на пролуката на лентата в диапазон на воднисти дълбочини, демонстрирайки, че различни широколентови пролуки полупроводници, а не теснолентовите полупроводници, използвани в традиционния силиций слънчеви клетки, са най-добре оборудвани за подводна употреба.
„Досега общата тенденция е да се използват традиционни силиконови клетки, които показваме, че са далеч от идеални, след като отидете на значителна дълбочина, тъй като силицийът абсорбира голямо количество червена и инфрачервена светлина, която също се абсорбира от водата - особено при големи дълбочини ”, казва Джейсън А. Рьор, докторантен научен сътрудник в лабораторията за трансформационни материали и устройства на проф. Андре Д. Тейлър в Инженерното училище в Тадон в Нюйоркския университет и автор на изследването. „С нашите насоки могат да се разработят по-оптимални материали.“
Подводните превозни средства, като тези, използвани за изследване на абисанския океан, понастоящем са ограничени от бреговата енергия или неефективните бордови батерии, предотвратявайки пътуването на по-дълги разстояния и периоди от време. Но докато технологията на слънчевите клетки, която вече е излетяла на сушата и в космическото пространство, може да даде на тези подводници повече свобода да се ровят, водният свят представлява уникални предизвикателства. Водата разпръсква и поглъща голяма част от спектъра на видимата светлина, като навлажнява червените дължини на слънчевата вълна дори на плитки дълбочини, преди слънчевите клетки на базата на силиций да имат шанс да ги заснемат.
Повечето предишни опити за разработване на подводни слънчеви клетки са конструирани от силиций или аморфен силиций, всеки от които има тесни ленти, най-подходящи за поглъщане на светлина на сушата. Въпреки това, синята и жълтата светлина успява да проникне дълбоко във водния стълб, дори когато другите дължини на вълната намаляват, предполагайки, че полупроводниците с по-широки празнини на лентата, които не се намират в традиционните слънчеви клетки, могат да осигурят по-добро приспособяване за доставка на енергия под вода.
За да разберат по-добре потенциала на подводните слънчеви клетки, Рьор и колегите му оцениха водоемите, вариращи от най-ясните райони на Атлантическия и Тихия океан до мътното финландско езеро, използвайки модел за подробен баланс, за да измерят границите на ефективност на слънчевите клетки при всяка местоположение. Беше показано, че слънчевите клетки събират енергия от слънцето до дълбочина от 50 метра в най-чистите водни тела на Земята, а мразовити води допълнително повишават ефективността на клетките.
Изчисленията на изследователите разкриха, че абсорбаторите на слънчеви клетки ще функционират най-добре с оптимална ивица на лентата от около 1,8 електронволта на дълбочина два метра и около 2,4 електронволта на дълбочина 50 метра. Тези стойности остават постоянни във всички изследвани водни източници, което предполага, че слънчевите клетки могат да бъдат съобразени с конкретните експлоатационни дълбочини, а не с водни места.
Рьор отбелязва, че евтино произведените слънчеви клетки, изработени от органични материали, за които е известно, че се представят добре при условия на слаба осветеност, както и сплави, направени с елементи от групи три и пет на периодичната таблица, могат да бъдат идеални в дълбоки води. И докато веществото на полупроводниците ще се различава от слънчевите клетки, използвани на сушата, цялостният дизайн ще остане сравнително подобен.
„Докато материалите за прибиране на слънце трябва да се променят, общият дизайн не е задължително да промени всичко толкова много“, казва Рьор. „Традиционните силиконови слънчеви панели, като тези, които можете да намерите на покрива си, са капсулирани, за да забранят щетите от околната среда. Проучванията показват, че тези панели могат да бъдат потопени и експлоатирани във вода в продължение на месеци, без да нанасят значителни щети на панелите. Подобни методи за капсулиране могат да бъдат използвани за нови слънчеви панели, изработени от оптимални материали. " Сега, когато са разкрили какво прави ефективни подводни слънчеви клетки, изследователите планират да започнат разработването на оптимални материали.
"Тук започва забавлението!" казва Рьор. „Вече проучихме некапсулирани органични слънчеви клетки, които са високо стабилни във вода, но все пак трябва да покажем, че тези клетки могат да бъдат направени по-ефективни от традиционните клетки. Имайки предвид колко са способни нашите колеги по света, ние сме сигурни, че ще видим тези нови и вълнуващи слънчеви клетки на пазара в близко бъдеще. "
