Das TMD-basierte Solarmaterial. Koosha Nassiri Nazif/Stanford University
Forscher der Stanford University entwickeln ein effizientes neues Solarpanel-Material, das fünfzehnmal dünner als Papier ist, eine Presseerklärung enthüllt.
Die Materialien werden aus Übergangsmetall-Dichalkogeniden TMDs hergestellt und haben das Potenzial, ein höheres Maß an Sonnenlicht zu absorbieren als andere Solarmaterialien und bieten gleichzeitig eine unglaublich leichte Alternative zu Solarmodulen auf Siliziumbasis.
Suche nach Silizium-Alternativen
Die Forscher sind Teil einer konzertierten Anstrengung innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft, um alternative Solarpanel-Materialien zu Silizium zu finden. Silizium ist bei weitem das am häufigsten verwendete Material für Solarpanels, aber es ist schwer und steif und daher nicht besonders gut geeignetbis hin zu leichten Anwendungen, die für Flugzeuge, Raumfahrzeuge, Elektrofahrzeuge oder sogar Wearables erforderlich sind.
Das Forscherteam in Stanford war in der Lage, ein aktives Array mit einer Dicke von nur wenigen hundert Nanometern zu entwickeln. Sie skizzierten ihre neuen Erkenntnisse in einem veröffentlichten Artikel.inNaturkommunikation. Das neue Array enthält das TMD sowie Kontakte aus Gold, die in einer Schicht aus leitfähigem Graphen eingeschlossen sind, die nur ein einziges Atom dick ist. All das wird dann in ein flexibles, entspiegeltes Polymer gelegt, das die Lichtabsorption verbessert.TMD-Zellen selbst sind weniger als sechs Mikrometer dick.
"Stellen Sie sich eine autonome Drohne vor, die sich selbst mit einer Solaranlage auf ihrem Flügel antreibt, die 15-mal dünner ist als ein Blatt Papier", sagte Koosha Nassiri Nazif, Co-Leitautor der Studie. "Das ist das Versprechen von TMDs."
Das Potenzial von TMDs freisetzen
Die Forscher haben sich bisher schwer getan, das Potenzial von TMDs voll auszuschöpfen. Es gibt Hindernisse, wenn es darum geht, das unglaublich leichte Material ohne Beschädigung herzustellen und zu transportieren. Das Hauptproblem ist jedoch, dass Silizium-Solarmodule derzeit etwa 30 Prozent des Sonnenlichts umwandelnin Strom, während TMDs nur etwa 2 Prozent umwandeln. Obwohl TMDs ein großes Potenzial haben, eine Vielzahl von Solaranwendungen zu ermöglichen, müssen die Forscher ihren Wirkungsgrad erheblich verbessern.
Das neue Stanford-Material trägt dazu bei, diese Lücke zu schließen, indem es einen Wirkungsgrad von 5,1 Prozent erreicht. Der entscheidende Punkt in der neuen Veröffentlichung der Forscher ist jedoch, dass sie glauben, dass sie ihr Material optimieren können, um einen Wirkungsgrad von 27 Prozent zu erreichen, was bedeutet, dass es so wärevergleichbar mit den besten Solarmodulen auf dem heutigen Markt. Das Prototypmaterial erreichte außerdem ein 100-mal höheres Leistungsgewicht als alle bisher entwickelten TMDs.
"Silizium macht heute 95 Prozent des Solarmarktes aus, aber es ist noch lange nicht perfekt. Wir brauchen neue Materialien, die leicht, biegsam und ehrlich gesagt umweltfreundlicher sind", sagte Krishna Saraswat, leitender Autor des Papiers.
TMDs enthalten keine giftigen Chemikalien und sind zudem biokompatibel, d. h. sie können für Wearables verwendet werden, die mit der menschlichen Haut in Kontakt kommen. Ihr größter Vorteil ist jedoch, dass sie unglaublich dünn und flexibel sind, was sie gleichzeitig günstiger macht alsformbar zu unregelmäßigen Formen.
Bei Elektrofahrzeugen könnte dieses neue Material eine viel größere Reichweite aufweisen. Ein so leichtes Material könnte die Entwicklung von solarelektrischen Fahrzeugen SEVs erheblich verbessern, wie z. als Lightyear One, das dank seiner Solarpanels verspricht, monatelang zu laufen, ohne an ein Ladegerät angeschlossen zu werden. Das Material kann zum Aufladen einer beliebigen Anzahl von Objekten verwendet werden, einschließlich kleiner Wearables, Roboter, Flugzeuge und Raumfahrzeuge.