University College Londonin tiimi kehitti kristallisen materiaalin, joka on ennätyksellisen tehokas keinovalon keräämisessä ja jolla on potentiaalia toimia kotitalouksien näppäimistöjen, kaukosäätimien ja anturien virtalähteenä ilman kertakäyttöisiä paristoja.
Sisällysluettelo
Apulaisprofessori Mojtaba Abdi-Jalebi. Perovskite-aurinkokennot voisivat poistaa kertakäyttöiset paristot kodeista.
Mahdollisuus luopua kertakäyttöisistä paristoista kotitalouslaitteissa on lähestymässä University College Londonin (UCL) tutkijoiden tekemän läpimurron ansiosta. Mojtaba Abdi-Jalebin johtama tiimi kehitti perovskiti-aurinkokennoja, jotka pystyvät tuottamaan sähköä sisävalon LED-valosta ja saavuttavat ennätyksellisen tehokkuuden, joka voisi muuttaa vähävirtaisten elektroniikkalaitteiden virransyötön.
Tutkimuksen mukaan, joka on julkaistu Advanced Functional Materials -lehdessä, tämä kehitys avaa oven uudelle aikakaudelle, jossa näppäimistöt, kaukosäätimet, anturit ja muut laitteet toimisivat pelkästään ympäristön valolla, jolloin paristojen jatkuva vaihtaminen ei olisi enää tarpeen.
Perovskite-tekniikka: tehokkuus sisävalossa
Tämän edistysaskeleen ytimessä on perovskite-tekniikka, kiteinen materiaali, jonka koostumusta voidaan muokata siten, että se vangitsee keinovalon lähettämät aallonpituudet. Toisin kuin tavanomaiset aurinkopaneelit, jotka ovat tehottomia hämärässä valossa, UCL:n tiimin suunnittelemat solut pystyvät hyödyntämään suljetuissa tiloissa saatavilla olevan energian.
Uuden teknologian avulla näppäimistöjä, kaukosäätimiä ja antureita voitaisiin käyttää pelkästään ympäristön valolla.
DW korostaa, että tämä lähestymistapa on innovatiivinen ratkaisu kestämättömään riippuvuuteen kertakäyttöisistä paristoista, erityisesti kun esineiden internet kasvaa ja vaatii yhä enemmän energiaa pienille laitteille.
Mojtaba Abdi-Jalebi, apulaisprofessori UCL:n materiaalitutkimusinstituutissa, korosti: ”Miljardit laitteet, jotka tarvitsevat pieniä määriä energiaa, ovat riippuvaisia paristojen vaihdosta, mikä on kestämätön käytäntö. Tämä määrä kasvaa esineiden internetin laajentuessa.”
Tutkija totesi, että perovskite erottuu edukseen alhaisen hinnan ja helpon valmistuksen ansiosta, mikä helpottaisi sen laajamittaista käyttöönottoa.
Laboratoriotestit osoittavat, että solut säilyttävät 76 % tehostaan 300 tunnin intensiivisen käytön jälkeen.
Puutteiden korjaaminen ja laboratoriotulokset
Näiden aurinkokennojen kehittäminen ei ollut helppoa. Yksi suurimmista esteistä, joita tutkijat kohtasivat, oli epätäydellisyyksien, ns. ”ansojen”, esiintyminen, jotka keskeyttivät sähkön virtauksen ja nopeuttivat materiaalin kulumista.
Voit kuvitella nämä ”ansat” kuin kuoppia tai halkeamia tiellä, jota pitkin energian on kuljettava. Jos kuoppia on liikaa, autot – tässä tapauksessa elektronit – eivät pääse eteenpäin ja tie kuluu nopeammin.
Ratkaistakseen tämän ongelman tiimi teki eräänlaisen ”tienkorjauksen”: ensin se lisäsi rubidiumkloridia, mikä mahdollisti materiaalin osien tasaisemman ja yhtenäisemmän kasvun. Sen jälkeen se lisäsi kaksi erityistä ammoniumsuolaa, jotka auttoivat pitämään ”tien” vakaana estämällä sen osien erkanemisen.
Innovaatio voi muuttaa kodin energianhallintaa ja vähentää akkujen ympäristövaikutuksia.
Siming Huang, tohtoriopiskelija ja tutkimuksen pääkirjoittaja, vertasi tulosta leivontaan: ”Pienillä virheillä varustettu aurinkokenno on kuin paloiksi leikattu kakku. Yhdistämällä erilaisia strategioita olemme saaneet tämän kakun takaisin yhteen.” Toisin sanoen, he onnistuivat rakentamaan materiaalin uudelleen niin, että se oli tiivis ja tehokas, jolloin sähkö ”virtaa” esteettä.
Laboratoriokokeet vahvistivat näiden toimenpiteiden onnistumisen. Uudet perovskiti-aurinkokennot onnistuivat muuttamaan 37,6 % sisävalosta (1 000 luxia, mikä vastaa modernin toimiston valaistusta) sähköksi, mikä on maailmanennätys tällaisissa olosuhteissa. Tämän edistysaskeleen merkityksen ymmärtämiseksi voidaan todeta, että tämä tehokkuus on kuusi kertaa parempi kuin parhaiden nykyisin saatavilla olevien sisäaurinkokennojen tehokkuus.
Lisäksi materiaalin kestävyys testattiin vaativissa olosuhteissa: 300 tunnin jatkuvan voimakkaan valon ja korkeiden lämpötilojen (55 ℃ tai 131 ℉) altistuksen jälkeen solut säilyttivät 76 % alkuperäisestä suorituskyvystään, kun taas perinteiset mallit säilyttivät vain 47 %.
Tohtorikoulutettava Siming Huang ja apulaisprofessori Mojtaba Abdi-Jalebi poseeraavat aurinkokennojen paneelien vieressä, joita he ovat optimoineet sisävalon keräämiseen.
Vaikka nämä testit tehtiin kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa eivätkä ne vastaa tarkasti päivittäistä käyttöä, ne osoittavat merkittävää edistystä tämän uuden tyyppisten aurinkokennojen kestävyydessä ja käyttöiässä. Aivan kuin korjattu katu kestäisi paljon paremmin liikennettä ja sääolosuhteita.
Teknologian potentiaali ja tulevaisuus
Tämän teknologian potentiaali on laaja. DW:n mukaan se voisi toimia virtalähteenä useille kodin laitteille, kuten näppäimistöille, kaukosäätimille, hälyttimille ja langattomille antureille, toimien pelkästään ympäristön valolla. Sen etuja ovat alhaiset kustannukset, runsaasti saatavilla olevat materiaalit ja mahdollisuus yhtä yksinkertaiseen valmistusprosessiin kuin sanomalehtien painatus.
UCL:n tiimi käy parhaillaan neuvotteluja teollisuuden kumppaneiden kanssa tutkiakseen tämän teknologian laajamittaista tuotantoa ja kaupallistamista. Jos nämä hankkeet menestyvät, perovskite-aurinkokennojen integroiminen jokapäiväisiin laitteisiin voisi muuttaa kodin energianhallintaa ja vähentää merkittävästi kertakäyttöisten paristojen käyttöä, mikä vaikuttaisi suoraan ympäristönsuojeluun. Ennätyksellisen tehokkuuden, vakauden ja valmistuksen helppouden yhdistelmä tekee tästä innovaatiosta yhden suurimmista lupauksista kodin elektroniikan tulevaisuudelle.
