우리는 어떻게 태양으로부터 전력을 생산하는 태양 방수포를 설계하고 있습니까?

우리는 어떻게 태양으로부터 전력을 생산하는 태양 방수포를 설계하고 있습니까?

태양 광 방수포의 작은 조각. 캘리포니아 대학, 샌디에고, CC의 BY-ND

태양 전지 패널의 에너지 생성 잠재력과 사용에 대한 주요 제한은 그들이 만든 것의 결과입니다. 실리콘으로 만들어진 패널은 가격이 하락하여 일부 지역에서는 전기를 공급할 수 있습니다. 화석 연료의 전력과 거의 같은 비용 석탄과 천연 가스 같은 그러나 실리콘 태양 전지 패널은 부피가 크고 단단하고 부서지기 때문에 어디에서나 사용할 수 없습니다.

정기적 인 전기가 공급되지 않는 세계의 많은 지역에서 태양 전지 패널은 어두운 곳에서 빛을 읽다. 에너지가 펌프 식수도움 소규모 가정 또는 마을 기반 사업 또는 심지어 봉사 비상 대피소 및 난민 캠프. 그러나 실리콘 태양 전지 패널의 기계적 취약성, 무거움 및 운반 문제로 인해 실리콘이 이상적이지 않을 수 있습니다.

에 구축 다른 사람들의 일, 내 연구 그룹 일하고있다. 유연한 태양 전지 패널 개발이는 실리콘 패널만큼이나 효율적이지만 가볍고 가볍습니다. 이런 종류의 장치는 우리가 "태양열 방수포, "방의 크기에 퍼지고 태양으로부터 전기를 생성 할 수 있고, 자몽의 크기가 될 수 있고 1,000 배만큼 많은 배낭에 깨지지 않고 채워질 수 있습니다. 유기 태양 전지를보다 유연하게 만드는 노력이 있었지만 그것들을 매우 얇게 만든다., 실제 내구성에는 태양 전지 패널을 신축성 있고 강하게 만드는 분자 구조가 필요합니다.

실리콘 반도체

실리콘은 모래에서 파생되므로 값이 쌉니다. 그리고 원자들이 고체 물질로 포장되는 방식은 우수한 반도체로 만들어 지므로 전기장이나 빛을 사용하여 전도성을 켜고 끌 수 있습니다. 저렴하고 유용하기 때문에, 실리콘은 컴퓨터의 마이크로 칩 및 회로 보드의 기초입니다., 휴대 전화 및 기본적으로 다른 모든 전자 장치로 구성되며, 한 구성 요소에서 다른 구성 요소로 전기 신호를 전송합니다. 실리콘은 빛으로부터 에너지를 양극과 음극으로 변환 할 수 있기 때문에 대부분의 태양 전지 패널의 핵심 요소이기도합니다. 이러한 전하는 태양 전지의 반대편으로 흐르고 배터리처럼 사용될 수 있습니다.

그러나 그것의 화학적 성질은 또한 유연한 전자 공학으로 바뀔 수 없다는 것을 의미합니다. 실리콘은 빛을 매우 효율적으로 흡수하지 않습니다. 광자는 너무 얇은 실리콘 패널을 통과 할 수 있기 때문에 상당히 두꺼워 야합니다 - 100 마이크로 미터, 달러 지폐의 두께에 관한 것 - 빛이 낭비되지 않도록하십시오.

차세대 반도체

그러나 연구진은 빛을 흡수하는 데 훨씬 유리한 다른 반도체를 발견했다. 한 그룹의 재료는 "페 로브 스카이 트, "태양 전지를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 실리콘만큼이나 효율적그러나 실리콘에 필요한 두께의 1,000 분의 1 인 광 흡수층이 있습니다. 결과적으로 연구자들은 소형 무인 항공기에 전력을 공급할 수있는 페 로브 스카이 트 태양 전지 무게를 줄이는 것이 핵심 요소 인 기타 장치.

2000 노벨 화학상 수상 반도체 폴리머 (semiconducting polymer) 라 불리는 다른 종류의 초박형 반도체를 만들 수 있다는 것을 처음 발견 한 연구원에게 수여되었다. 이 유형의 물질은 탄소를 기반으로하기 때문에 "유기 반도체"라고 불리며, 유기 분자의 긴 사슬로 구성되어 있기 때문에 "중합체"라고합니다. 유기 반도체는 이미 상업적으로 사용되고 있습니다. 십억 달러 산업 of 유기 발광 다이오드 디스플레이, 더 잘 알려진 OLED TV.

고분자 반도체는 태양 광을 페 로브 스카이트 또는 실리콘처럼 전기로 변환하는 데 효율적이지 않지만 훨씬 더 많습니다. 유연하고 잠재적으로 매우 내구성있는. 반도체 성 물질이 아닌 일반 중합체는 일상 생활의 모든 곳에서 발견됩니다. 그들은 직물, 플라스틱 및 페인트를 구성하는 분자입니다. 고분자 반도체는 실리콘과 같은 재료의 전자 특성과 플라스틱의 물리적 특성을 결합 할 수있는 잠재력을 지니고 있습니다.

두 세계의 장점 : 효율성과 내구성

구조에 따라 플라스틱은 광범위한 특성을 가지고 있습니다. 일부 자동차의 차체 패널과 같은 강성이 있습니다. 반도체 성 고분자는 단단한 분자 구조를 가지고 있으며, 많은 것은 작은 결정으로 이루어져 있습니다. 이것은 전자적 특성의 핵심이지만 유연하거나 딱딱한 품목에 바람직한 특성이 아닌 부서지기 쉬운 경향이 있습니다.

우리 그룹의 작업은 생성 방법을 찾는 데 초점을 맞추고 있습니다. 우수한 반도체 성 및 내구성을 겸비한 재료 유연한 플라스틱인지 여부는 알려져 있습니다. 이것은 태양 광 방수포 또는 담요에 대한 내 아이디어의 핵심이지만 지붕재, 옥외 바닥 타일 또는 도로 또는 주차장의 표면으로 이어질 수도 있습니다.

대화이 작품은 햇빛의 힘을 이끌어내는 열쇠가 될 것입니다. 왜냐하면 한 시간 내에 지구를 강타하는 햇빛이 1 년 동안 모든 인류가 사용하는 것보다 많은 에너지.

저자에 관하여

Darren Lipomi, Nanoengineering 교수, 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스

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