Princetoni Ülikooli teadlaste rühm avaldas teadusajakirja Nature Photonics veebiväljaandes, et on voltimise teel tõstnud fotogalvaanilise materjali elektritootlikkust 47 % võrra. Projekti juhi Yueh-Lin Loo sõnul on saavutuse taga paneelide pinnale tekitatud peenhäälestatud kurrutised, mis juhivad valgust ning parandavad selle neeldumist.
“Tasasel pinnal valgus kas peegeldub või neeldub. Kurrutiste lisamine tekitab lainejuhi sarnase morfoloogia, mis põhjustab valguse neeldumise suurema tõenäoususe,” ütles Loo, kes on Princetoni Ülikoolis keemilise ja bioloogilise füüsika professor.
Teadusrühm kasutas töös odavast plastikust fotogalvaanilist materjali. Müügisolevad päikesepaneelid on harilikult valmistatud ränist, mis on plastikust hapram ning kallim. Plastpaneelide arendamise sihiks on valmistada odav, vastupidav ning deformeeritav energiaallikas, millega saaks katta näiteks aknaklaase, välisseinasid, seljakotte, riietusesemeid või katuseid. Seni pole plastikpaneelid laiatarbekäitlusse jõudnud, sest on olnud madalama efektiivsusega, töö aga käib.
Enamasti on teadlased uurimustöödes keskendunud materjali enese omaduste parandamisele. Hiljutised arengud on olnud paljulubavad. UCLA (University of California Los Angeles) teadlased valmistasid 10,6 % efektiivsusega paneeli. Turustamiskriteeriumiks seatud 10-15 % lävepakk on seega sisuliselt ületatud. Loo sõnul tõotab paneelide kurrutamine näitajad veelgi parandada, sest tehnika töötab enamikel fotogalvaanilistel plastikutel. „Tegemist on lihtsa protsessiga, mida saab rakendada enamikel kasutatavatel baasmaterjalidel,“ kommenteeris Loo.
Teadlaste sõnul juhivad plastiku pinnal olevad kanalid valgust otsekui põlluäärsed veekraavid. Kanaliseerimisega on võimalik valguse ning materjali kontaktaega pikendada, mis viib enama valguse neeldumiseni, päädides suurema hulga kasuliku energia muundamisega.
„Süsteem sarnaneb lehe morfoloogiale, millel on looduslikult kõrge neeldumistegur. Kui aga lõpuks voltunud pinnale päikesepaneeli valmistasime, olid tulemused oodatust üllatavalt paremad,“ sõnas artikli üks autoritest Jong Bok Kim.
Iseäranis paranes optilise spektri pikima lainepikkusega punase kiirguse neeldumine. Tavaliselt langeb päikesepaneeli efektiivsus punastel lainepikkustel drastiliselt, lakates infrapunases spektriosas pea täielikult. Kurrutustehnika parandas aga punase valguse neeldumist kuni 600 %. „Päikesevalgust analüüsides näeme, et punast spektriosa kasutamata jättes kaotame olulise osa võimalikust saadaolevast energiast,“ lisas Loo.
Kurdpinnas valmistati vedela fotograafilise liimi (liquid photographic adhesive) tahestamisel ultraviolettvalguse abil. Eri pinnapiirkondade tahenemise kontrollimine võimaldas teadlastel materjalisse luua deformeerivaid pingeid. Pinnasüvendid jagati kaheks, madalaimad nimetati voltideks ning keskmise sügavusega kurrud kortsudeks. Töörühm leidis, et parim neeldumistegur saavutati kortsude ning voltide kobinatsioonmaterjalis. „Protsessi kirjeldav matemaatika on keerukas, ent materjali valmistamine on tööstuse jaoks piisavalt lihtne. Meetodi aluseks on pinna kontrollitud kjahtumine,“ ütles Loo.
Katsed näitasid, et töödeldud alusmaterjalil on ühtlasi parem vastupidavus mehaanilistele pingetele. Deformatsioonid ei mõjutanud paneelide energia muundamise efektiivsust. Standardse plastpaneeli efektiivsus vähenes seejuures painutamisjärgselt 70 %.
Loo sõnul sai töörühm inspiratsiooni lehtedelt. Pealtnäha lihte looduse avaldus on täis pikitud keerukaid mehhanisme. Lehe roheline pind on loodud elastseks paindumiseks ning valguse juhtimiseks nii, et fotorakkudeni jõuaks maksimaalne hulk pinnale langevast päikesevalgusest. Lehe energeetilisi mehhanisme on põhjalikult uuritud, nüüd üritatakse neid sünteetiliselt reprodutseerida.
„Lehte lähemalt vaadates selgub, et selle pind ei ole sugugi sile, vaid sisaldab kurrulisi struktuure. Meie üritus seisnebki sisuliselt lehe pinna matkimises,“ ütles Loo.
Allikas: PhysOrg
Leave a Reply