Izvor: scitechdaily
Možda je mnogo previdjenih organskih i anorganskih materijala koji bi se mogli upotrijebiti za iskorištavanje sunčeve svjetlosti pod vodom i učinkovito napajanje autonomnih potopnih vozila, izvijestili su istraživači sa Sveučilišta New York. Njihova istraživanja, koja su danas objavljena (18. ožujka 2020.) u časopisu Joule, razvijaju smjernice za optimalne vrijednosti zazora u opsegu u vodenoj dubini, pokazujući da su različiti poluprovodnici širokog opsega, umjesto uskopojasnih poluvodiča koji se koriste u tradicionalnom silicijumu solarne ćelije, najbolje su opremljene za podvodnu upotrebu.
"Do sada je općeniti trend korištenja tradicionalnih silikonskih ćelija, za koje pokazujemo da su daleko od idealnih kad jednom prijeđete na značajnu dubinu, jer silicij apsorbira veliku količinu crvene i infracrvene svjetlosti, koju također apsorbira voda - posebno u velike dubine ", kaže Jason A. Röhr, postdoktorski znanstveni suradnik u laboratoriju za transformativne materijale i uređaje prof. Andréa D. Taylora na Tehničkoj školi u Tandonu na njujorškom sveučilištu i autor studije. "Pomoću naših smjernica mogu se razviti optimalniji materijali."
Podvodna vozila, poput onih koja se koriste za istraživanje ponora oceana, trenutno su ograničena brodskom snagom ili neučinkovitim akumulatorima, sprječavajući putovanje na većim udaljenostima i vremenskim razdobljima. No, iako bi tehnologija solarnih ćelija koja je već poletjela na kopnu i u svemiru mogla dati tim podmornicama više slobode za lutanje, vodeni svijet predstavlja jedinstvene izazove. Voda raspršuje i apsorbira velik dio spektra vidljive svjetlosti, upijajući crvene valne duljine čak i na plitkim dubinama, prije nego što će solarne ćelije na bazi silicija imati priliku zarobiti ih.
Većina prethodnih pokušaja razvoja podvodnih solarnih ćelija izgrađena je od silikona ili amorfnog silicija, od kojih svaki ima uske vrpce koje su najprikladnije za apsorpciju svjetlosti na kopnu. Međutim, plava i žuta svjetlost uspijevaju prodrijeti duboko u vodeni stup čak i dok se smanjuju druge valne duljine, sugerirajući da poluvodiči sa širim propustima u pojasu koji se ne nalaze u tradicionalnim solarnim ćelijama mogu pružiti bolju pogodnost za opskrbu energijom pod vodom.
Da bi bolje razumjeli potencijal podvodnih solarnih ćelija, Röhr i njegove kolege procijenili su vodna tijela u rasponu od najjasnijih regija Atlantskog i Tihog okeana do zamućenog finskog jezera, koristeći model detaljnog balansa za mjerenje učinkovitosti učinkovitosti solarnih ćelija na svakoj mjesto. Solarne ćelije pokazale su da skupljaju energiju od sunca do dubine od 50 metara u najjasnijim vodenim tijelima Zemlje, a hladne vode dodatno povećavaju efikasnost stanica.
Proračuni istraživača otkrili su da apsorpteri solarnih ćelija najbolje funkcioniraju s optimalnim zavojem od oko 1,8 elektronvolta na dubini od dva metra i oko 2,4 elektrona na dubini od 50 metara. Te su vrijednosti ostale dosljedne u svim istraženim izvorima vode, sugerirajući da bi solarne ćelije mogle biti prilagođene specifičnim radnim dubinama, a ne lokacijama vode.
Röhr napominje da bi jeftino proizvedene solarne ćelije napravljene od organskih materijala, za koje se zna da djeluju dobro u uvjetima slabog osvjetljenja, kao i legure izrađene s elementima iz skupina tri i pet na periodičnoj tablici, mogle bi biti idealne u dubokim vodama. I dok bi se tvar poluvodiča razlikovala od solarnih ćelija korištenih na kopnu, cjelokupni dizajn ostao bi relativno sličan.
"Iako bi se materijali za branje sunca morali mijenjati, opći dizajn ne mora nužno mijenjati sve toliko", kaže Röhr. „Tradicionalni silikonski solarni paneli, poput onih koje možete pronaći na krovu, zatvoreni su da zabranjuju štetu okolišu. Studije su pokazale da se ovi paneli mogu uroniti i raditi u vodi mjesecima bez postojanja značajnih oštećenja ploča. Slične metode kapsulacije mogu se primijeniti za nove solarne ploče izrađene od optimalnih materijala. " Sada, kada su otkrili što učinkovito podvodne solarne ćelije otkucavaju, istraživači planiraju započeti s razvojem optimalnih materijala.
"Ovdje započinje zabava!" kaže Röhr. „Već smo istražili nekapsulirane organske solarne ćelije koje su visoko stabilne u vodi, ali još uvijek trebamo pokazati da se te stanice mogu učiniti učinkovitijim od tradicionalnih. S obzirom na to koliko su sposobne naše kolege širom svijeta, sigurni smo da ćemo ove nove i uzbudljive solarne ćelije vidjeti na tržištu u skoroj budućnosti. "
