Setakat unsur-unsur pergi, silikon adalah kedua hanya untuk oksigen apabila ia datang kepada kelimpahan di Bumi. Untuk ini dan sifatnya sebagai semikonduktor telah lama menjadi tulang belakang elektronik. Bahan ini dalam segalanya dari cip komputer ke radio. Ia adalah senama, selepas semua, hab industri teknologi moden di California, Silicon Valley.
Bercakap tentang modal berteknologi cerah, silikon adalah unsur utama yang digunakan dalam panel solar. Tiga saintis di Syarikat Telefon Bell New Jersey telah mematenkan sel solar silikon pertama-sel solar pertama yang dianggap praktikal, dengan keupayaannya untuk menukar 6 peratus cahaya masuk ke dalam elektrik yang boleh digunakan pada tahun 1950-an. Bahan ini telah menguasai pasaran solar sejak itu. Hari ini, lebih daripada 90 peratus panel yang dihasilkan di seluruh dunia adalah panel PV silikon kristal.
Silicon telah memperoleh status dan pengaruh pasaran yang begitu banyak, dengan sedikit persaingan dalam ruang suria, bahawa beberapa tahu ada pilihan lain untuk solar.
Perovskit, atau struktur kristal, adalah jenis sel suria yang baru, yang diperbuat daripada unsur-unsur biasa seperti metodilmonium memimpin iodida. Perovskite lebih mudah untuk menghasilkan, dan mempunyai potensi untuk menukar cahaya matahari kepada elektrik pada kadar yang lebih tinggi daripada sel silikon. Cabarannya ialah perovskites sangat rapuh.
Namun para saintis di Universiti Stanford mengambil petunjuk dari alam semula jadi. Untuk menjadikan perovskites lebih tahan lama, mereka telah melihat kepada struktur yang kuat dari mata lalat.
Mata kompaun terbang terdiri daripada beratus-ratus mata segmen heksagon yang masing-masing dilindungi dengan protein "perancah" organik untuk perlindungan. Mata disusun dalam bentuk sarang lebah, dan apabila seseorang gagal, yang lain masih berfungsi. Seluruh organ memaparkan kelebihan dan ketahanan yang para penyelidik berharap untuk mencipta semula dalam panel solar.
Para penyelidik meletakkan perancah yang dipenuhi dengan perovskite melalui ujian patah. (Dauskardt Lab / Universiti Stanford) Reinhold Dauskardt dan kumpulan kejuruteraan sains bahannya telah mencipta perancah berbentuk sarang lebah, hanya 500 mikron lebar, dari fotoresist standard, atau bahan sensitif cahaya. Untuk meminjam contoh lain dari alam semula jadi, seperti lebah menciptakan sarang lebah, dan kemudian mengisi dengan madu, saintis membina struktur pelindung ini dan kemudian membuat perovskite di dalamnya. Mereka berputar penyelesaian unsur-unsur dalam perancah, menambah haba dan menyaksikan ia menjernihkan untuk mencapai struktur perovskite, dan sifat photovoltaicnya. Para saintis kemudian melapisi sel suria dengan elektrod perak untuk mengelak dan keupayaannya untuk menangkap tenaga.
Dalam ujian makmal awal , sel solar Dauskardt, yang selebar enam ekor rambut, mengekalkan struktur dan fungsi mereka. Apabila terdedah kepada suhu dan kelembapan yang tinggi (185 darjah Fahrenheit dan kelembapan relatif 85 peratus) selama enam minggu, sel-sel terus mengeluarkan tenaga elektrik pada tahap yang konsisten. Perancah sekitar perovskit tidak menghalang dari keluaran elektrik mereka sama ada.
Ini adalah pencapaian yang mengubah permainan. Sebelum inovasi ini, sukar bagi penyelidik untuk memanipulasi dan mencipta sel perovskite photovoltaic, apalagi bagi mereka untuk bertahan di alam sekitar.
"Apabila saya memberi ceramah di awal fotovoltaik organik, saya akan berkata, 'jika anda menghirup bahan-bahan ini, mereka akan gagal.' Dalam kes perovskite, saya berkata 'jika anda melihat mereka, mereka akan gagal, ' "lelucon Dauskardt, penyiasat utama dalam kajian baru, yang diterbitkan dalam Sains Tenaga dan Alam Sekitar .
Perovskite boleh sehingga 100 kali lebih rapuh daripada kaca. Tetapi dengan perancah yang digunakan untuk menguatkannya, ketahanan mekanikal sel meningkat dengan faktor 30. Ia menambah kestabilan kimia dan mekanikal ke sel supaya para penyelidik dapat menyentuhnya tanpa pecahnya, dan mendedahkannya kepada suhu tinggi dengan kemungkinan lebih rendah kemerosotan.
Apabila diterangi dari bawah, perancah heksagon boleh dilihat di kawasan sel solar yang dilapisi oleh elektrod perak. (Dauskardt Lab / Universiti Stanford) Penyelidik di Universiti Tokyo mula-mula meneroka sel photovoltaic perovskite sebagai alternatif kepada sel fotovoltaik silikon pada tahun 2009, dan para penyelidik di seluruh dunia melompat ke dalam bidang. Sel solar Perovskite pasti mempunyai kelebihan mereka. Tidak seperti sel-sel silikon, yang memerlukan pemprosesan suhu tinggi untuk membersihkan dan mengkristal, perovskite sel suria agak mudah untuk dihasilkan.
"Ini merupakan satu kejayaan dalam satu kumpulan penyelidikan perovskite kerana ia menyelesaikan masalah yang konsep peringkat awal menghadapi jalan ke komersialisasi, " kata Dick Co, pengarah operasi dan jangkauan di Pusat Penyelidikan Tenaga Solar Argonne-Northwestern (ANSER). Yang berkata, beliau mengakui bahawa pembangunan itu tidak boleh digunakan secara universal untuk semua penyelidikan sel solar perovskite. Terdapat banyak cara perovskite sel suria boleh dibuat, dan setiap makmal mempunyai tumpuan sendiri.
Oleh kerana struktur kristal boleh dibuat dari pelbagai unsur, terdapat banyak kemungkinan estetik. Sel suria boleh dipasang ke tingkap, puncak kereta atau permukaan lain yang terdedah kepada cahaya. Sesetengah syarikat juga mencetak sel.
Co mengesyaki sel solar perovskite pada mulanya akan menjejaskan pasaran khusus.
"Saya dapat melihat mereka dijual pada pengecas papan kekunci iPad, disatukan ke bangunan dan mungkin di kereta, seperti hud melengkung kereta, " katanya. "Tetapi sukar untuk membayangkan membuat sel solar [prototaip] perovskite saiz imej kecil yang besar dan digunakan secara meluas, terutamanya apabila kilang-kilang suria silikon sedang mengepam modul yang cukup untuk menampung negara-negara kecil."
Walau bagaimanapun, dengan peningkatan kecekapan dan ketahanan, penyelidik sedang dalam perjalanan untuk membuat sel bersedia menghasilkan tenaga elektrik dalam banyak persekitaran. Para penyelidik telah memohon paten sementara.
Di dalam sel solar baru, perancah heksagon (kelabu) digunakan untuk memisahkan perovskite (hitam) ke dalam mikrocells untuk menyediakan kestabilan mekanikal dan kimia. (Dauskardt Lab / Universiti Stanford) Dalam ujian Dauskardt, sel-sel mencapai kadar kecekapan 15 peratus, yang jauh lebih tinggi daripada ujian pertama pada tahun 2009 yang menukarkan 4 peratus cahaya kepada elektrik. Kadar kecekapan panel silikon terletak sekitar 25 peratus, dan di makmal, perovskite telah mencapai 20 peratus ke atas. Para penyelidik telah menganggarkan kapasiti kecekapan teori perovskite fotovoltaik pada kira-kira 30 peratus.
Dauskardt berpendapat pasukannya mungkin dapat memperbaiki perancahnya, yang pada asalnya dibina dengan bahan-bahan murah, mudah didapati, untuk meningkatkan kecekapan sel.
"Kami sangat terkejut apabila kami dapat membuatnya dengan mudah. Sekarang persoalannya, apakah ada perancah yang lebih baik yang boleh kita gunakan? Bagaimanakah kita dapat menangkap cahaya yang akan jatuh ke atas dinding perancah? "Kata Dauskardt. Beliau dan rakan-rakannya merancang untuk mencuba bahan-bahan penyebaran zarah ringan.
Dengan potensi untuk pembuatan murah, pengkomersialan yang agak cepat (anggaran Dauskardt dalam tempoh tiga hingga lima tahun akan datang), dan aplikasi yang sangat pelbagai, sel solar perovskite hanya boleh dibuat untuk panel suria yang besar pada tahun 2020an dan seterusnya.
Oleh itu, apabila terbang itu berdengung di telinganya, yakinlah bahawa sifat, dalam semua bentuknya, memberi inspirasi.
