Kipande kidogo cha mfano wa tarp ya jua. Chuo Kikuu cha California, San Diego, CC BY-ND

Uwezo wa kuzalisha nishati ya paneli za jua - na upeo muhimu juu ya matumizi yao - ni matokeo ya kile walichoundwa. Paneli zilizotengenezwa kwa silicon zinapungua kwa bei kama kwamba katika maeneo mengine zinaweza kutoa umeme gharama sawa na nguvu kutoka kwa mafuta kama makaa ya mawe na gesi asilia. Lakini paneli za jua za silicon pia ni kubwa, ngumu na dhaifu, kwa hivyo haziwezi kutumika mahali popote.

Katika sehemu nyingi za ulimwengu ambazo hazina umeme wa kawaida, paneli za jua zinaweza kutoa kusoma mwanga baada ya giza na nguvu kwa pampu maji ya kunywa, msaada nguvu biashara ndogo za nyumbani au za vijijini au hata kutumika makazi ya dharura na kambi za wakimbizi. Lakini udhaifu wa mitambo, uzito na ugumu wa usafirishaji wa paneli za jua za silicon zinaonyesha kwamba silicon inaweza kuwa sio bora.

Jenga kazi za wengine, kikundi changu cha utafiti inafanya kazi kwa kuendeleza paneli za jua zinazobadilika, ambayo ingefaa kama jopo la silicon, lakini ingekuwa nyembamba, nyepesi na inayoweza kukunjwa. Aina hii ya kifaa, ambacho tunakiita "tarp ya jua, ”Inaweza kutandazwa kwa ukubwa wa chumba na kutoa umeme kutoka kwa jua, na inaweza kupakwa kipimo kuwa saizi ya zabibu na kuingizwa kwenye mkoba mara 1,000 bila kuvunja. Wakati kumekuwa na juhudi kadhaa za kufanya seli za jua za jua kuwa rahisi zaidi kwa kuwafanya kuwa nyembamba-nyembamba, uimara halisi unahitaji muundo wa Masi ambao hufanya paneli za jua kunyooka na kuwa ngumu.

Semiconductors ya Silicon

Silicon imetokana na mchanga, ambayo inafanya kuwa nafuu. Na jinsi atomi zake zinavyopakia katika nyenzo ngumu hufanya semiconductor nzuri, ikimaanisha kuwa mwenendo wake unaweza kuwashwa na kuzimwa kwa kutumia uwanja wa umeme au taa. Kwa sababu ni ya bei rahisi na muhimu, silicon ni msingi wa vijidudu na bodi za mzunguko kwenye kompyuta, simu za rununu na kimsingi vifaa vyote vya elektroniki, vinavyopeleka ishara za umeme kutoka sehemu moja kwenda nyingine. Silicon pia ni ufunguo wa paneli nyingi za jua, kwa sababu inaweza kubadilisha nishati kutoka nuru kuwa mashtaka mazuri na hasi. Malipo haya hutiririka kwenda pande tofauti za seli ya jua na inaweza kutumika kama betri.

Lakini mali yake ya kemikali pia inamaanisha kuwa haiwezi kugeuzwa kuwa umeme rahisi. Silicon haina kunyonya taa kwa ufanisi sana. Photons zinaweza kupita kupitia paneli ya silicon ambayo ni nyembamba sana, kwa hivyo lazima iwe nene - karibu micrometer 100, kuhusu unene wa muswada wa dola - ili hakuna nuru itakayopotea.

Semiconductors ya kizazi kijacho

Lakini watafiti wamegundua semiconductors wengine ambao ni bora zaidi wakati wa kunyonya nuru. Kikundi kimoja cha vifaa, kinachoitwa "perovskites, ”Inaweza kutumika kutengeneza seli za jua ambazo ni karibu kama ufanisi kama wale wa silicon, lakini na tabaka za kufyonza mwanga ambazo ni elfu moja unene unaohitajika na silicon. Kama matokeo, watafiti wanafanya kazi ya kujenga seli za jua za perovskite ambazo zinaweza kuwezesha ndege ndogo ambazo hazijasimamiwa na vifaa vingine ambapo kupunguza uzito ni jambo muhimu.

The Tuzo ya Nobel ya Kemia mwaka 2000 ilipewa watafiti ambao kwanza waligundua wanaweza kutengeneza aina nyingine ya semiconductor nyembamba-nyembamba, inayoitwa polima ya semiconducting. Aina hii ya nyenzo huitwa "semiconductor hai" kwa sababu inategemea kaboni, na inaitwa "polima" kwa sababu ina minyororo mirefu ya molekuli za kikaboni. Semiconductors ya kikaboni tayari hutumiwa kibiashara, pamoja na katika sekta ya dola bilioni of maonyesho ya diode ya taa ya kikaboni, inayojulikana kama Televisheni za OLED.

Semiconductors za polima sio bora wakati wa kubadilisha mionzi ya jua kuwa umeme kama perovskites au silicon, lakini ni mengi zaidi rahisi na inayoweza kudumu kwa muda mrefu. Wapolima wa kawaida - sio wale wanaofanya semiconducting - hupatikana kila mahali katika maisha ya kila siku; wao ni molekuli zinazounda kitambaa, plastiki na rangi. Semiconductors za polima zina uwezo wa kuchanganya mali ya elektroniki ya vifaa kama silicon na mali ya plastiki.

Bora zaidi ya walimwengu wote: Ufanisi na uimara

Kulingana na muundo wao, plastiki zina mali anuwai - pamoja na kubadilika, kama vile turubai; na ugumu, kama paneli za mwili za magari kadhaa. Polima za semiconducting zina muundo thabiti wa Masi, na nyingi zinajumuisha fuwele ndogo. Hizi ni muhimu kwa mali zao za elektroniki lakini huwafanya kuwa brittle, ambayo sio sifa inayofaa kwa vitu rahisi au ngumu.

Kazi ya kikundi changu imezingatia kutambua njia za kuunda vifaa vyenye mali nzuri ya semiconducting na uimara plastiki zinajulikana - iwe rahisi au la. Hii itakuwa muhimu kwa wazo langu la turubai au blanketi, lakini pia inaweza kusababisha vifaa vya kuezekea, tiles za sakafu ya nje au labda hata nyuso za barabara au kura za maegesho.

Kazi hii itakuwa ufunguo wa kutumia nguvu ya mwangaza wa jua - kwa sababu, baada ya yote, mwangaza wa jua unaogonga Dunia kwa saa moja una nishati zaidi kuliko matumizi yote ya ubinadamu kwa mwaka.

Kuhusu Mwandishi

Darren Lipomi, Profesa wa Nanoengineering, Chuo Kikuu cha California San Diego

Makala hii ilichapishwa awali Mazungumzo. Soma awali ya makala.

Vitabu kuhusiana

at InnerSelf Market na Amazon