태양 에너지 : "태양열 방수포"설계로 태양의 힘을 어떻게 활용할 수 있습니까?

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

전 세계에 정기적으로 전기가 공급되지 않는 많은 지역에서 태양 전지 패널은 어둠과 에너지로 독서 등을 제공하여 식수를 공급하고, 가정이나 마을에 기반을 둔 소규모 사업체에 전력을 공급하며, 심지어 비상 대피소와 난민 캠프에 봉사 할 수 있습니다. 그러나 실리콘 태양 전지 패널의 기계적 취약성, 무거움 및 운송 장애로 인해 실리콘이 이상적이지 않을 수도 있습니다.

내 연구 그룹은 다른 사람들의 연구를 바탕으로 실리콘 패널만큼이나 효율적이지만 얇고 가볍고 구부릴 수있는 유연한 태양 전지 패널을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 우리가 "태양 광 방수포 (solar tarp)"라고 부르는이 장치는 방의 크기로 퍼져 태양으로부터 전기를 생성 할 수 있으며, 자몽 크기만큼 구슬로 고정되어 배낭에 박제 될 수 있습니다. 많은 사람들이 깨지 않고 1,000 번이나. 유기 태양 전지를 초박형으로 만들어 유연성을 높일 수있는 노력이 있었지만 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 컴퓨터, 휴대 전화 및 기본적으로 다른 모든 전자 기기의 마이크로 칩 및 회로 보드의 기반이되어 하나의 구성 요소에서 다른 구성 요소로 전기 신호를 전송합니다. 실리콘은 또한 빛으로부터 에너지를 양극과 음극으로 변환 할 수 있기 때문에 대부분의 태양 전지 패널의 핵심 요소입니다. 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 빛이 낭비되지 않도록 매우 두껍게 만들어야합니다. 약 100 마이크로 미터 (1 달러 지폐 두께 정도)입니다.

차세대 반도체

그러나 연구진은 빛을 흡수하는 데 훨씬 유리한 다른 반도체를 발견했다. "페 로브 스카이 트 (perovskites)"라고 불리는 물질 그룹은 실리콘과 거의 같은 효율의 태양 전지를 만드는데 사용될 수 있지만 실리콘에 필요한 두께의 1,000 분의 1 인 광 흡수층을 가지고 있습니다. 결과적으로, 연구자들은 무게를 줄이는 것이 핵심 요소 인 소형 무인 항공기 및 기타 장치에 동력을 공급할 수있는 페 로브 스카이 (perovskite) 태양 전지를 만드는 작업을하고 있습니다.

2000 년 노벨 화학상은 반도체 폴리머라고 불리는 또 다른 초박형 반도체를 만들 수 있다는 연구원에게 수여되었습니다. 이 유형의 물질은 탄소를 기반으로하기 때문에 "유기 반도체"라고 불리며, 유기 분자의 긴 사슬로 구성되어 있기 때문에 "중합체"라고합니다. 유기 반도체는 OLED TV로 더 잘 알려진 유기 발광 다이오드 디스플레이의 10 억 달러 산업을 포함하여 이미 상업적으로 사용되고 있습니다.

고분자 반도체는 태양 광을 페 로브 스카이 트 또는 실리콘처럼 전기로 변환하는 데 효율적이지 않지만 훨씬 더 유연하고 잠재적으로 매우 내구성이 있습니다. 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 연구는 좋은 반도체 성질과 내구성 플라스틱이 융통성 여부에 관계없이 잘 알려진 재료를 만드는 방법을 찾는 데 초점을 맞추어 왔습니다. 이것은 태양 광 방수포 또는 담요에 대한 내 아이디어의 핵심이지만 지붕 자재, 실외 바닥 타일 또는 도로 또는 주차장 표면으로 이어질 수도 있습니다.

이 작품은 햇빛의 힘을 이끌어내는 열쇠가 될 것입니다. 결국 한 시간에 지구를 강타하는 햇빛은 인류가 1 년 내에 사용하는 것보다 더 많은 에너지를 포함하기 때문입니다.

이 기사는 Darren Lipomi의 The Conversation에 처음 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.