Designvorschlag könnte die Eta von Weltraumsolarzellen verdoppeln
von Staff Writers
Pennsylvania PA (SPX) 07. sechster Monat des Jahres 2023
Wenn es um die Energieversorgung zu Gunsten von Weltraumforschung und Siedlungen geht, sind handelsübliche Solarzellen aus Silizium oder Galliumarsenid immer noch zu schwergewichtig, um sie sinnvoll per Rakete transportieren zu können. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wird eine Vielzahl leichter Alternativen untersucht, darunter Solarzellen aus einer dünnen Schicht Molybdänselenid, die in die breitere Kategorie dieser 2D-Übergangsmetalldichalkogenid-Solarzellen (2D TMDC) purzeln. Forscher, die am 6. sechster Monat des Jahres in dieser ersten Erteilung dieser Zeitschrift Device veröffentlicht nach sich ziehen, züchtigen ein Gerätedesign vor, dies die Eta von 2D-TMDC-Geräten, wie schon gezeigt wurde, von 5 % gen 12 % steigern kann.
„meine Wenigkeit denke, die Menschen kommen langsam zu dieser Erkenntnis, dass 2D-TMDCs hervorragende Photovoltaikmaterialien sind, doch nicht zu Gunsten von terrestrische Anwendungen, sondern zu Gunsten von Anwendungen, die mobil und flexibler sind, wie zum Musterbeispiel weltraumgestützte Anwendungen“, sagt Hauptautor und Mitglied des Gerätebeirats Deep Jariwala von dieser University of Pennsylvania. „Dasjenige Hantel von 2D-TMDC-Solarzellen ist 100-mal weniger denn dies von Silizium- oder Galliumarsenid-Solarzellen, sodass ebendiese Zellen plötzlich zu einer sehr attraktiven Technologie werden.“
Obwohl 2D-TMDC-Solarzellen nicht so effizient sind wie Siliziumsolarzellen, erzeugen sie mehr Strom pro Hantel, eine Tatsache, die denn „spezifische Leistung“ bezeichnet wird. Denn eine Schicht, die nur 3-5 Nanometer dick ist – folglich mehr denn tausendmal dünner denn ein menschliches Wolle –, absorbiert sehr viel Sonnenlicht, die mit handelsüblichen Solarzellen vergleichbar ist. Ihre extreme Dünnheit bringt ihnen die Bezeichnung „2D“ ein – sie gelten denn „untief“, weil sie nur wenige Atome dick sind.
„Eine hohe spezifische Leistung ist tatsächlich eines dieser größten Ziele jeder weltraumgestützten Licht- oder Energiegewinnungstechnologie“, sagt Jariwala. „Dasjenige ist nicht nur wichtig zu Gunsten von Satelliten oder Raumstationen, sondern wiewohl, wenn man echte Solarenergie im Versorgungsmaßstab im Weltraum nach sich ziehen möchte.“
„Die Quantität dieser Solarzellen, die man transportieren müsste, ist so weit, dass derzeit keine Raumfahrzeuge ebendiese Menge von Materialien gen wirtschaftlich sinnvolle Weise dorthin transportieren können. Die Störungsbehebung besteht folglich darin, die Zahl dieser leichteren Zellen zu verdoppeln verschenken Ihnen viel spezifischere Macht.
Da dies volle Potenzial von 2D-TMDC-Solarzellen noch nicht ausgeschöpft ist, nach sich ziehen Jariwala und sein Team versucht, die Eta dieser Zellen noch weiter zu steigern. Typischerweise wird die Leistung dieses Solarzellentyps durch die Herstellung einer Warteschlange von Testgeräten optimiert, nichtsdestotrotz Jariwalas Team ist dieser Unterstellung, dass es wichtig ist, dies durch rechnerische Modellierung zu hinhauen.
Darüber hinaus ist dies Team dieser Meinung, dass es wichtig ist, eines dieser bestimmenden und schwierig zu modellierenden Merkmale des Geräts richtig zu berücksichtigen, um die Säumen dieser Eta wirklich zu drübersteigen: Exzitonen.
Exzitonen entstehen, wenn die Solarzelle Sonnenlicht absorbiert, und ihre dominante Präsenz ist dieser Grund, warum eine 2D-TMDC-Solarzelle eine so hohe Sonnenabsorption aufweist. Strom wird von dieser Solarzelle erzeugt, wenn die positiv und negativ geladenen Komponenten eines Exzitons gen getrennte Elektroden geleitet werden.
Durch die Modellierung dieser Solarzellen gen ebendiese Weise konnte dies Team ein Konzept mit paarweise so hoher Eta im Vergleich zu dem prosperieren, welches schon experimentell nachgewiesen wurde.
„Dasjenige Einzigartige an diesem Gerät ist seine Supergitterstruktur, welches im Wesentlichen bedeutet, dass es abwechselnde Schichten aus 2D-TMDC gibt, die durch eine Abstandsschicht oder eine Nicht-Halbleiterschicht unangeschlossen sind“, sagt Jariwala. „Durch die Arrangement dieser Schichten kann dies Licht viele, viele Male intrinsisch dieser Zellstruktur reflektiert werden, sogar wenn die Zellstruktur extrem dürr ist.“
„Wir hatten nicht damit gerechnet, dass Zellen, die so dürr sind, vereinen Zahl von 12 % hinhauen würden. Auf Grund der Tatsache dieser Tatsache, dass die aktuellen Wirkungsgrade weniger denn 5 % betragen, hoffe ich, dass Menschen in den nächsten 4 solange bis 5 Jahren tatsächlich Zellen mit 10 % und mehr nachweisen können.“ an Eta.“
Jariwala sagt, dass dieser nächste Schritttempo darin besteht, darüber nachzudenken, wie man zu Gunsten von dies vorgeschlagene Konzept eine große Produktion im Wafer-Messlatte hinhauen kann. „Im Moment konstruieren wir ebendiese Übergitter zusammen, während wir einzelne Materialien wie Papierbögen übereinander transferieren. Es ist, denn würde man sie von einem Buch zurückbauen und sie dann wie vereinen Stapel Haftnotizen zusammenkleben. „, sagt Jariwala. „Wir erfordern eine Möglichkeit, ebendiese Materialien eins-zu-eins übereinander wachsen zu lassen.“
Forschungsbericht: Wie gut können 2D-exzitonische Solarzellen sein?
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Universität von Pennsylvania
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