最適な材料を使用したより効率的な水中太陽電池

- Mar 23, 2020-

出典:scitechdaily


Organic Solar Cell


ニューヨーク大学の研究者によると、水中の太陽光を利用して自律型潜水艇に効率的に電力を供給するために使用できる見落とされている有機および無機材料が数多く存在する可能性があります。 ジャーナルジュールで本日(2020年3月18日)に発表された彼らの研究は、さまざまな水深での最適なバンドギャップ値のガイドラインを作成し、従来のシリコンで使用されているナローバンド半導体ではなく、さまざまなワイドバンドギャップ半導体であることを示しています。太陽電池は、水中での使用に最適です。


「これまでのところ、一般的な傾向は、従来のシリコンセルを使用することでした。シリコンが大量の赤色光と赤外光を吸収し、特に水で吸収されるため、かなりの深さまで行くと、理想的ではないことがわかります。ニューヨーク大学タンドンスクールオブエンジニアリングのAndréD. Taylor教授のTransformative Materials and Devices研究所の博士研究員であり、この研究の著者であるJasonA.Röhrは言います。 「当社のガイドラインにより、より最適な材料を開発できます。」


Underwater Solar Cell Graphical


深海を探索するために使用されるような水中車両は、現在、陸上電力または非効率的な車載バッテリーによって制限されており、長距離および長時間の移動を防止しています。 しかし、すでに陸上や宇宙で普及している太陽電池技術は、これらの潜水艦にローミングの自由を与えることができる一方で、水のような世界には独特の課題があります。 水は可視光スペクトルの多くを散乱お​​よび吸収し、シリコンベースの太陽電池がそれらを捕捉する機会を得る前に、浅い深さでも赤い太陽の波長を吸収します。


水中太陽電池を開発するこれまでのほとんどの試みは、シリコンまたはアモルファスシリコンから構築されており、それぞれが陸上の光を吸収するのに最適な狭いバンドギャップを持っています。 ただし、他の波長が減少しても青色と黄色の光は水柱の奥深くまで浸透し、従来の太陽電池には見られなかったより広いバンドギャップを持つ半導体が水中でのエネルギー供給により適していることを示唆しています。


水中太陽電池の可能性をよりよく理解するために、Röhrらは、詳細なバランスモデルを使用して太陽電池の効率限界を測定し、大西洋と太平洋の最も澄んだ地域から濁ったフィンランドの湖までの水域を評価しました。ロケーション。 太陽電池は、地球から最も澄んだ水域で太陽から50メートルの深さまでエネルギーを集め、冷たい水が細胞の効率をさらに高めることが示されました。


研究者の計算では、太陽電池の吸収体は、2メートルの深さで約1.8エレクトロボルト、50メートルの深さで約2.4エレクトロボルトの最適バンドギャップで最適に機能することが明らかになりました。 これらの値は、調査したすべての水源で一貫していたため、太陽電池は水の位置ではなく特定の動作深度に合わせて調整できることが示唆されました。


レーア氏は、低照度条件下で良好に機能することが知られている有機材料で作られた安価に製造された太陽電池、および周期表のグループ3と5の元素で作られた合金は、深海で理想的であると述べています。 また、半導体の実体は陸上で使用される太陽電池とは異なりますが、全体的な設計は比較的似通ったままです。


「日光を集める材料は変更する必要がありますが、一般的な設計は必ずしもそれほど大きく変更する必要はありません」とロールは言います。 「屋根にあるような従来のシリコンソーラーパネルは、環境による損傷を防ぐためにカプセル化されています。 研究によると、これらのパネルは、パネルに重大な損傷を与えることなく、数か月間水に浸して操作できます。 同様のカプセル化方法は、最適な材料で作られた新しいソーラーパネルにも採用できます。」 彼らは効果的な水中太陽電池を動かしているものを明らかにしたので、研究者は最適な材料の開発を開始することを計画しています。


「これが楽しみの始まりです!」 ルールは言います。 「私たちはすでに、水中で非常に安定しているカプセル化されていない有機太陽電池を調査しましたが、これらの電池が従来の電池よりも効率的になることを示す必要があります。 世界中の私たちの同僚がどれほど有能であるかを考えると、近い将来、これらの新しくエキサイティングな太陽電池が市場に登場することを確信しています。」