Kuuden vuoden kehitystyön jälkeen hollantilaisen teknologiastartupin aurinkovoimalla toimiva sähköauto, nimeltään "0", on valmis tekemään debyyttinsä. Tämä innovatiivinen ajoneuvo tarjoaa mahdollisuuden kulkea kuukausia ilman latausta, mikä asettaa uuden standardin sähköliikenteen tehokkuudelle. 

Lehighin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden kvanttimateriaalin mikä voisi merkittävästi mullistaa aurinkopaneelien tehokkuuden. Tämä innovatiivinen materiaali, jossa yhdistyvät kupari, germaniumselenidi (GeSe) ja tinasulfidi (SnS), on osoittanut ulkoisen kvanttitehokkuuden (EQE) jopa 190 %. Tämä luku ylittää tavanomaiset tehokkuusrajat, mikä viittaa läpimurtoon, joka voisi muuttaa aurinkoenergian keräämisen.

Tehokkuuden läpimurron ymmärtäminen

Aurinkokennot muuttavat auringonvalon sähköksi, ja niiden tehokkuutta mitataan EQE:llä, joka on perinteisesti maksimissaan 100 %. Tämä 100 % hyötysuhde tarkoittaa, että jokainen valon fotoni tuottaa yhden elektronin sähköä. Lehighissä kehitetty uusi materiaali käyttää kuitenkin mekanismia, joka tunnetaan nimellä MEG (Multi Exciton Generation), jossa korkeaenergiset fotonit voivat tuottaa useamman kuin yhden elektronin, mikä nostaa tehokkuuden 100 % esteen yli.

Se, mikä erottaa tämän materiaalin muista, on sen "välialueen tilojen" käyttö – materiaalin tietyt energiatasot, jotka parantavat sen kykyä muuntaa aurinkoenergiaa. Nämä energiatasot sopivat ihanteellisesti hyödyntämään fotoneja, joita perinteiset aurinkokennot tuhlasivat. Materiaali hyödyntää laajempaa auringon spektriä absorboimalla ylimääräistä valoa infrapuna- ja näkyvässä spektrissä, mikä tehostaa sähköntuotantoa.

Tiede innovaation takana

 
Kaavio ohutkalvoaurinkokennosta, jossa on CuxGeSe/SnS aktiivisena kerroksena. Luotto: Ekuma Lab / Lehigh University

Materiaalin vaikuttava suorituskyky perustuu tarkaan rakenteelliseen manipulointiin molekyylitasolla. Lisäämällä kupariatomeja GeSe- ja SnS-kerroksiin tutkijat ovat luoneet tiukasti sidotun, kaksiulotteisen rakenteen, joka mahdollistaa ainutlaatuisen fotonivuorovaikutuksen materiaalin kanssa. Nämä vuorovaikutukset tapahtuvat van der Waalsin rakoissa - pienissä tiloissa materiaalikerrosten välillä, joissa kupariatomit sijaitsevat.

Laajojen tietokonesimulaatioiden ja kokeellisten menetelmien avulla tiimi on hionut tekniikkaa, joka mahdollistaa kupariatomien tarkan sijoittamisen ja minimoi ei-toivotut vaikutukset, kuten klusteroitumisen, jotka voivat vaarantaa materiaalin suorituskyvyn.

Katse eteenpäin: Haasteet ja mahdollisuudet

Lehighin yliopiston tutkijoiden kehittämä uusi kvanttimateriaali, jonka kvanttiteho on jopa 190 %, voisi merkittävästi edistää aurinkovoimalla toimivaa kuljetusta, mukaan lukien autot, kuorma-autot ja linja-autot.

Tämä läpimurtomateriaali, joka pystyy vangitsemaan tehokkaasti laajan kirjon auringonvaloa, vastaa aurinkovoimalla toimivien ajoneuvojen nykyisiin rajoituksiin tarjoamalla riittävästi energiaa raskaammille ja pitkille matkoille ilman fossiilisia polttoaineita.

Näiden tehokkaiden aurinkokennojen integrointi ajoneuvojen suunnitteluun tarjoaa mahdollisuuden vähentää hiilidioksidipäästöjä dramaattisesti erityisesti raskaassa käytössä olevissa ajoneuvoissa, kuten linja-autoissa ja kuorma-autoissa, joissa polttoainekustannukset ja ympäristövaikutukset ovat merkittäviä huolenaiheita.

Koska näitä edistyksellisiä aurinkokennoja kehitetään edelleen käytännön käyttöä varten, ne voivat muuttaa talouden ja ympäristön dynamiikkaa maailmanlaajuisesti. Ajoneuvojen käyttökustannusten ja hiilidioksidipäästöjen alentaminen voi johtaa huomattaviin taloudellisiin säästöihin ja parantaa kansanterveyttä puhtaamman ilman ansiosta.

Lisäksi siirtyminen aurinkovoimalla toimiviin ajoneuvoihin vähentäisi maailmanlaajuista riippuvuutta öljystä, lisäisi geopoliittista vakautta ja edistäisi työpaikkojen luomista uusiutuvan energian aloilla. Tämä muutos on ratkaiseva askel kohti kestävää maailmanlaajuista liikennettä, joka vastaa laajempia ympäristötavoitteita ja tasoittaa tietä puhtaammalle, kestävämmälle tulevaisuudelle.

Vaikka tulokset ovat lupaavia, polku on edessä ennen tämän materiaalin kaupallistamista. Tämän uuden kvanttimateriaalin integrointi olemassa oleviin aurinkoenergiajärjestelmiin vaatii lisätutkimusta ja kehitystä. Vaikka tuotantoprosessi on edistynyt, sitä on laajennettava, jotta se voidaan soveltaa käytännössä aurinkoenergiateollisuuteen.

Tämän tekniikan mahdolliset hyödyt ovat valtavat. Lisäämällä merkittävästi aurinkokennojen tehokkuutta voimme ottaa askeleita kohti kestävämpiä energiaratkaisuja, vähentää riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista ja vähentää energiantuotannon ympäristövaikutuksia.

Professori Chinedu Ekuman ja hänen tiiminsä työ Lehighin yliopistossa edustaa merkittävää harppausta aurinkosähkön alalla. Niiden kehitys haastaa olemassa olevat rajat ja avaa uusia väyliä uusiutuvan energian tulevaisuudelle. Tämän tekniikan edetessä se voi johtaa edullisempiin ja tehokkaampiin aurinkovoimajärjestelmiin, mikä tekee aurinkoenergiasta helpommin saatavuuden maailmanlaajuisesti ja auttaa ylläpitämään maailmanlaajuisia energiatarpeita.

kirjailijasta

Robert Jennings on InnerSelf.com-sivuston kustantaja vaimonsa Marie T Russellin kanssa. Hän opiskeli Floridan yliopistossa, Southern Technical Institutessa ja Central Floridan yliopistossa kiinteistö-, kaupunkikehityksen, rahoituksen, arkkitehtitekniikan ja peruskoulutuksen aloilla. Hän oli Yhdysvaltain merijalkaväen ja Yhdysvaltain armeijan jäsen komentaen kenttätykistöpatterin Saksassa. Hän työskenteli kiinteistörahoituksen, rakentamisen ja kehityksen parissa 25 vuotta ennen kuin aloitti InnerSelf.comin vuonna 1996.

InnerSelf on omistautunut jakamaan tietoa, jonka avulla ihmiset voivat tehdä koulutettuja ja oivaltavia valintoja henkilökohtaisessa elämässään yhteisen edun ja planeetan hyvinvoinnin vuoksi. InnerSelf Magazine on julkaistu yli 30 vuotta joko painettuna (1984-1995) tai verkossa nimellä InnerSelf.com. Kannattaa työtämme.

 Creative Commons 4.0

Tämä artikkeli on lisensoitu Creative Commons Nimeä-Jaa samanlainen 4.0 -lisenssi. Määritä tekijä Robert Jennings, InnerSelf.com. Linkitä artikkeliin Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt InnerSelf.com