Balim Güncel Nanoteknoloji Odaklı Güneş Pilleri

4 ay önce Che tarafından eklendi. 0 yorum yapıldı.

Güneş pili üretimi alanında nanoteknolojinin ortaya çıkması ve modern mimarilerin gelişmesiyle birlikte, iş ve teknoloji dünyasına farklı güneş pili uygulamaları için yeni fırsatlar açılmıştır. Bu yeni tasarımların tümü, güneş hücrelerini tamamen yarı saydam hale getirmektir. Şeffaf güneş pillerinin nihai bileşimi, görünür ışık spektrumunun ötesinde absorpsiyondan sorumlu olan, yarı saydam substrat (cam veya plastikten yapılmış) ve […]

Güneş pili üretimi alanında nanoteknolojinin ortaya çıkması ve modern mimarilerin gelişmesiyle birlikte, iş ve teknoloji dünyasına farklı güneş pili uygulamaları için yeni fırsatlar açılmıştır. Bu yeni tasarımların tümü, güneş hücrelerini tamamen yarı saydam hale getirmektir. Şeffaf güneş pillerinin nihai bileşimi, görünür ışık spektrumunun ötesinde absorpsiyondan sorumlu olan, yarı saydam substrat (cam veya plastikten yapılmış) ve belirli optik özelliklere ve kalınlıklara sahip malzemelerin Nanolayerlerinden oluşan bir karışımdır.
Şeffaf hücreler görünür ışık yayar ve ardından ultraviyole ışığı ve kızılötesi üreten elektrik tüketir. Yarı saydam güneş pillerinin bu yenilikçi yönü, binalarda ve arabalarda çok çeşitli uygulamalara olanak tanır. Çeşitli hücre biçimlerindeki görünür ışığın hacmi % 50 ile % 80 arasında değişir. Araştırmacılar, nanoteknoloji yardımıyla hücre hareketinin özelliklerinden ödün vermeden % 12 performansa ulaşmanın zor olmayacağını umut etmektedir. Bu sistemin en kalın tabakası, üzerine ızgara ve kaplama tabakasının eklendiği cam veya plastik tabakadır. Nano ölçekte zemine bazı kaplamalar eklenir. Katmanların ortasında, uyarılmış ışığı emen ve elektron yayan iki aktif hücre vardır. Bu iki bileşikten biri, organik elektron vericisi olarak görev yapan kloroaluminyum ftalosiyanin, diğeri ise karbon 60 (C 60 ) elektron reseptörüdür.
Nanoteknoloji Odaklı Güneş PilleriFtalosiyanin kloroalüminin kalınlığı 15 ve C-60 30 nm’dir. Elektrotlar bu duvarların her tarafına monte edilmiştir. Elektrotlar ITO/MoO 3’ten yapılmıştır. Bu tür elektrotların genişliği 20 nm’den azdır. Elektrotlar yarı saydam olabileceğinden (ve sıradan metalden yapılmadığından), güneş ışığındaki diğer konumlardan ince uzunluğunu kopyalamak ve hücre atmosferine geri döndürmek için hücrenin ucuna bir kaplama yerleştirilebilir. Bu özel özellik sırasında, görünür ışığın çoğunun karşıya ve dışarı doğru hareket ettiği bulunmuştur. Güneş ışığında spektrumdaki kısa ve uzun çizgi uzantıları tüketilerek dönüştürülür.

Nanakışkan Gücü Hareket Ettirmek

Kararlı bir nanokristal çizgi, bir baz çözelti içine gömülü olan metal veya metal olmayan bir nanopartiküldür. Silikon oksit, titanyum oksit, bakır oksit veya nikel metal nanopartiküller veya karbon nanotüpler ve grafen gibi asılı nanometre partikülleri, ısı transferini son derece artırabilen sıvı yer değiştirme ve ısı transferi özelliklerini değiştirir. Nanofluid, hem performansı hem de ekonomiyi artırmak için motorlarda veya ısı eşanjörlerinde yüksek ısı transfer katsayısı nedeniyle çoğunlukla imalatta kullanılır.
Son zamanlarda, birkaç akademik kuruluş ve işletme, nano akışkanı güneş ısıtıcılarında veya pillerde kullanıyor. Güneş pillerinin yüzeyindeki uzun dalga boylarında ışık yayılması ısınmasına izin verdiğinden ve sıcaklıktaki bu artış performansı düşürdüğünden, güneş pillerinin soğutulması özellikle önemlidir. Şu anda bu soğutma, sıcaklık düşüşü üzerinde hiçbir etkisi olmayan bir sıvı denizinden geçerek elde edilmektedir. Nanoakışkan kullanımı, güneş pillerinden dışarıya daha fazla güç aktarır ve bu da güneş pillerinin kullanım ömrünü uzatır. Diğer tarafta bu ısı, su depolarını önceden ısıtmak ve evin içini ısıtmak için kullanılabilir.
Nanofluid ayrıca güneş enerjisi sistemlerinde de kullanılır. Yassı kollektörler ve güneş panelleri, güneş enerjili su ısıtıcıları veya tuzdan arındırma tesisleri gibi bu tür güneş termal cihazları, güneş termal enerjisini toplayarak ve emilen ısıyı başka bir akım yoluyla güç değiştiricilerine ileterek çalışır. Isı, su depolarına veya evlere güç sağlamak için kullanılabilir. Bu bakımdan nano akışkan, ısıyı yapılardan ısı eşanjörlerine taşımak için normal akışkanlardan daha güçlü ve daha etkilidir.
Nanoteknoloji Tabanlı Fotokatalistlerin Güneş Pillerine Uygulanması
Fotokatalizörler, tipik olarak, fotonları toplayarak bir elektron deliği çifti oluşturan kararlı yarı iletken oksitlerdir. Bu tür elektron delikleri, parçacıkların yüzeyindeki moleküllere müdahale edecektir. Fotokatalizörler güneş panellerinde, su arıtıcılarda, hava kirliliğinde, kendi kendini temizleyen lenslerde, organik bileşiklerin ayrışmasında vb. Kullanılır. Fotokatalistlerin güçlü absorpsiyon potansiyeli ve görünür ve ultraviyole ışığa duyarlılıkları, kullanım spektrumlarını artırmıştır. Bu bağlamda titanyum dioksit, çinko oksit, kadmiyum sülfit vb. Gibi bir dizi nanofotokatalizör kullanılmıştır. Nanoteknoloji Odaklı Güneş Pilleri
Fotokatalizörler için en büyük sorun, güneş ışığının küçük dalga boylarının birikmesidir. Sonuç olarak, üretkenlikleri ve kullanışlılıkları azalacak ve ekonomik maliyetleri artacaktır. Bu sorunu çözmek ve fotokatalizörlerle daha uzun dalga boylarını (görünür ışık dalga boyları spektrumunda) tüketmek için, bunları birbiriyle karıştırın veya aynı anda iki katalizör biçimi kullanılmalıdır. Örneğin, gümüş nanopartiküllerin titanyum okside uygulanması, dalga boylarının emilmesinde titanyum oksit fotokatalizörünün rolüdür.
Bu, boyutu 400’den 450 nm’ye büyük ölçüde genişletmiştir. Fotokatalizörlerin belirli ışık spektrumlarını absorbe ettiği düşünüldüğünde, güneş pillerinde kullanılması ışığın hücre içinde emilimini artırarak güneş pilinin performansını artırmaktadır. Çoğu nanofotokatalizör, kendi kendini temizleme, buhar önleme ve toz önleme özelliklerine sahiptirve bunları güneş pillerinin dışında ve gövdesinde kullanmak, hava kirleticilerinden ve hücrede ışığın önündeki engellerden arınmış bir atmosfer sağlar ve güneş ışığının emilimini ve hücre performansını artırır. Nanofotokatalizörlerin güneş hücrelerindeki diğer bir işlevi, soğurma spektrumunu yükseltmeye ve onu görünür ışığa yönlendirmeye ek olarak, elektronların elektrotlara geçişini güçlendirmek ve arttırmak, böylece hücrelerin içindeki direnci arttırmaktır. Bu durumda elektronların boşluklarla rekombinasyonu azalır ve üretilen elektrik akımı artar ve enerji transfer kapasitesi gelişir.

Kendi Kendini Temizleyen ve Yansıma Önleyici Nano Kaplamalar

Hücre-güneş yüzeyinden ışığın soğurulması, yağmurlu hava ve güneş pillerinin yüzeyindeki tortul birikintiler gibi ışığın hareketiyle üretilen engeller gibi çevresel faktörler, güneş pillerinin performansını sınırlayan faktörlerden biridir. Teknolojideki gelişmeler ve büyüleyici kendi kendini temizleme ve yansıma önleyici özelliklere sahip nanometre katmanlarının oluşturulması, bu sorunu çözmek için güneş enerjisi üretimini iyileştirir. Güneş ışığının ultraviyole dalga boyunu bloke ederek hidrokarbonlar gibi organik bileşikleri yakalayabilen titanyum oksit nanopartiküller, fosil yakıt emisyonlarını azaltarak ve kirlenmelerini önleyerek güneş pili yüzeylerini temiz tutabilir.
Bu sayede güneş ışığı hücre yüzeyine girecek ve reaksiyon daha etkili olacak ve elektron ve boşlukların gelişimi daha verimli olmaya başlayacaktır. Aslında, nanoteknoloji kullanılarak cam yüzeyin hidrofilik ve hidrofobik özellikleri, suyun yüzeyi nemlendirmediği ve sudaki tuzların tortul etkilerinin cam yüzeyde kalacağı şekilde değiştirilebilir. Yarıiletken hücrelerdeki elektron deliği çıkışı miktarı güneş ışığının gücü ile orantılı olduğundan, güneş pili yüzeyinin koruyucu camı ile güneş ışığını yansıtan kısmın ortadan kaldırılması ve yarı iletken yüzeye geçişi kapasiteyi artırmanın yollarıdır. Bu bağlamda, Polidimetilsiloksan’dan (PDMS) yapılmış nanokraftlar gibi nanoyapılardan oluşan yansıma önleyici nano kaplamalar veya titanyum oksit nanopartiküllerinden yapılmış silika nanometre gözeneklerinden bahsedilmiştir. Tüm bu nano kaplamaların yalnızca büyümenin laboratuvar aşamalarında olduğu göz önüne alındığında, güneş pillerinin performansının artırılması, onları ticarileştirme için cazip hale getirecektir.

Nanoteknolojinin Güç Depolama Sistemlerinde Uygulanması

Nanoteknoloji Odaklı Güneş PilleriGüneş enerjisi üretim sistemleriyle ilgili sorunlardan bazıları dalgalanma ve aralıklı gelişmedir. Bu tür sistemlerde güç üretimi, atmosferik desenler, sıcaklık, güneş ışığı saatleri gibi çevresel faktörlere dayanır. Bu nedenle, bu tür süreçlerde sürekli ve tutarlı çıktılar mümkün değildir. Şu anda güç kaynağını ayarlamak için bir pompa gibi bir depolama biriminin varlığı da gereklidir.
Lityum piller, pillerin en son dalgası alımı devre dışı bırakılmalıdır, çünkü sıradan piller ağır ağırlığa, kapasiteye ve düşük performansa sahiptir, bu nedenle kullanıcının bunu düzeltmesi pahalı olabilir, bu yüzden elden çıkarılmalıdır. Nanoteknoloji de bu alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel hücreler ile lityum piller arasındaki en önemli ayrım, organik çözücülerin gaz yerine elektrolit çözeltisi olarak kullanılmasıdır. Lityum piller söz konusu olduğunda, lityum iyon pil iki elektrot arasında bir elektrik bağlantısı oluşturur ve bu iki elektrot olması durumunda elektronları boşaltma yoluyla şarj yoluyla aktarır.
LiPF6 tabanlı lityum pillerde kullanılan elektrolitler, öncelikle lityum alkil karbonat, lityum alkoksit ve lityum florür gibi diğer tuz elementleridir. Sıvı elektrolitlerin temel sorunlarından bazıları, organik çözücülerin kullanımından kaynaklanan güçlü elektrik direncidir. Nanomalzemeler, elektrolitin verimini artırmak için kullanılır. Özellikle nanopartiküller şeklinde toz eklemek, alüminyum oksit, silikon oksit ve zirkonyum oksit gibi bileşiklerden sulu olmayan elektrolitlere kadar, iletkenliği 6 kata kadar artırabilir. Yoğun çalışma, sıvı birinci nesil lityum piller yerine katı polimer elektrolitlerin üretimine katkıda bulunmuştur. Elektrolit kontaminasyonu olasılığını azaltmak, yangın toleransını artırmak ve dolayısıyla artan koruma, polimer elektrolitlerin özellikleridir. Fotovoltaik Sistemlere bağlandığında bir model lityum pilin şarjını ve deşarjını gösterir.
Özetle, güneş pili verimliliğinin inşasında ve geliştirilmesinde nanoteknolojinin kullanımı şu anda araştırma sürecinde iken, bu alan için ticari arenaya geçiş süresinin çok yakın ve kaçınılmaz olacağı varsayılabilir. Bu sektörün güneş pillerinin verimliliğini artırmada göstermiş olduğu muazzam vaadi gören bu teknolojinin ticarileştirilmesi, güneş pili endüstrisinde önemli bir dönüm noktası olarak görülebilir.

Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/328654798_Nanotechnology_Phenomena_in_the_Light_of_the_Solar_Energy
https://asmedigitalcollection.asme.org/energyresources/article/136/1/014001/366595/Nanoscience-and-Nanotechnology-in-Solar-Cells
https://www.intechopen.com/ nanotechnology

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

sizlere www.balimsohbet.net farkıyla sunulmuştur.

Geveze SohbetTrend SohbetBalım SohbetHilal SohbetMynet SohbetMobil Sohbet

Google Aramaları

Benzer içerikler

Yapılan Yorumlar

Yorumlarınız yönetici onayından sonra yayınlanacaktır.