Φωτοβολταϊκά δια… ψεκασμών;

  •  
  •  
  •  
  •  
Φωτοβολταϊκά δια… ψεκασμών;Φωτοβολταϊκά δια… ψεκασμών;

Φωτοβολταϊκά δια… ψεκασμών;

Μια νέα και πολλά υποσχόμενη τεχνολογία ηλιακής ενέργειας που αναπτύσσεται τα τελευταία χρόνια είναι τα… ψεκαζόμενα φωτοβολταϊκά, λένε οι καλοί μας οι περιβαλλοντολόγοι που νοιάζονται τόσο πολύ, αλλά για τους άλλους ψεκασμούς δεν τους καίγεται καρφί…

Ουπς! Μήπως αυτοί συνδέονται μεταξύ τους;

Στόχος είναι η ανάπτυξη μιας τεχνολογίας που θα επιτρέπει τονψεκασμό φωτοβολταϊκών κυψελών σε οποιαδήποτε επιφάνεια μετατρέποντάς την σε φωτοβολταϊκό πάνελ: στέγες και ταράτσες κτηρίων, πτερύγια αεροπλάνων, οροφές αυτοκινήτων και γενικά ο,τιδήποτε εκτίθεται στην ηλιακή ακτινοβολία.

Τα ψεκαζόμενα φωτοβολταϊκά θα μπορούν να καταστήσουν τις κυρτές, εύκαμπτες ή εν γένει ακατάλληλες επιφάνειες για την εγκατάσταση συμβατικών φωτοβολταϊκών πάνελ ιδανικές για την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας.

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Τορόντο υποστηρίζουν ότι ανέπτυξαν μια τεχνική ψεκασμού φωτοβολταϊκών κυψελών απλούστερη και φθηνότερη από παλαιότερες τεχνολογίες, πράγμα που σημαίνει ότι συγκεντρώνει περισσότερες πιθανότητες για να κυκλοφορήσει στο εμπόριο.

Ο Ίλλαν Κράμερ και οι συνάδελφοί του εφηύραν ένα νέο τρόπο ψεκασμού φωτοβολταϊκών κυψελών σε εύκαμπτες επιφάνειες χρησιμοποιώνταςφωτοευαίσθητα υλικά γνωστά ως κολλοειδείς κβαντικές κουκκίδες(Colloidal Quantum Dots-CQDs).

“Όνειρεύομαι τη μέρα που δύο τεχνικοί με σακίδια πλάτης όπως αυτά των Ghostbusters θα έρχονται στο σπίτι σου και θα ψεκάζουν την οροφή σου” αναφέρει ο Κράμερ, ερευνητής του Τμήματος Ηλεκτρονικής Μηχανικής και Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο και στέλεχος στο τμήμα Έρευνας και Ανάπτυξης της IBM Canada.

Η καινοτομία στη νέα τεχνολογία έγκειται στο γεγονός ότι ο Κράμερ κατασκεύασε τη συσκευή, την οποία ονομάζει sprayLD, χρησιμοποιώντας εξαρτήματα φθηνά και ήδη διαθέσιμα στο εμπόριο. Πήρε ένα ακροφύσιο ψεκασμού σαν αυτά που χρησιμοποιούνται στα χαλυβουργεία για την ψύξη του χάλυβα με υδρατμούς και το συνδύασε με ψεκαστήρες χρωματισμού από ένα χρωματοπωλείο.

Όταν μια τεχνολογία μπορεί να βασιστεί σε τόσο απλά και φθηνά υλικά, η παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα φαντάζει πιθανή στο εγγύς μέλλον.

Τι είναι οι κβαντικές κουκίδες;

Φωτοβολταϊκά δια… ψεκασμών;2Οι κβαντικές κουκίδες είναι φθορίζοντα νανοσωμάτια σε διάφορα χρώματα που αποτελούνται από ένα ημιαγώγιμο υλικό, ονομάζονται δε και  ημιαγωγοί νανοκρύσταλλοι. Το μέγεθος αυτού του νανοκρύσταλλου είναι της τάξης μερικών έως εκατοντάδων νανόμετρων. Οι κβαντικές κουκίδες περιορίζουν τα ηλεκτρόνια, τις οπές, ή τα ζεύγη των ηλεκτρονίων-οπών (που λέγονται και εξιτόνια) σε μηδενικές διαστάσεις, σε μια περιοχή της τάξης του μήκους κύματος de Broglie των ηλεκτρονίων. Αυτός ο περιορισμός οδηγεί σε ιδιαίτερα κβαντοποιημένα ενεργειακά επίπεδα καθώς και στην κβαντοποίηση του φορτίου σε μονάδες του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου.

Κβαντικές κουκίδες από σεληνιούχο κάδμιο φωσφορίζουν σε διαφορετικό χρώμα ανάλογα με το μέγεθος τους

Οι κβαντικές κουκίδες είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τις οπτικές εφαρμογές λόγω της θεωρητικά υψηλής κβαντικής απόδοσης τους. Οι κβαντικές κουκίδες έχουν προταθεί επίσης ως εφαρμογές ενός qubit για την κβαντική επεξεργασία των πληροφοριών.

Επειδή, οι κβαντικές κουκίδες έχουν ιδιαίτερα ενεργειακά επίπεδα, σαν ένα άτομο, καλούνται μερικές φορές “τεχνητά άτομα”. Τα ενεργειακά επίπεδα μπορούν να ελεγχθούν αλλάζοντας το μέγεθος και τη μορφή της κβαντικής κουκίδας, καθώς και το βάθος του δυναμικού. Όπως στα άτομα, τα ενεργειακά επίπεδα μικρών κβαντικών κουκίδων μπορούν να εξεταστούν με τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας. Σε αντίθεση με τα άτομα είναι σχετικά εύκολο να συνδεθούν.

Ένα από τα κυριότερα οπτικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα των μικρών κβαντικών κουκίδων είναι ο χρωματισμός. Ενώ το υλικό από το οποίο φτιάχνεται μια κβαντική κουκίδα είναι σημαντικό, σημαντικότερο από την άποψη του χρωματισμού είναι το μέγεθος της. Όσο μεγαλύτερη είναι η κουκίδα, τόσο περισσότερο προς το ερυθρό άκρο του φάσματος φθορίζει. Όσο μικρότερη είναι η κουκίδα, τόσο περισσότερο φως προς το μπλε άκρο του φάσματος εκπέμπει.

Ο χρωματισμός συσχετίζεται άμεσα με τα ενεργειακά επίπεδα της κβαντικής κουκίδας. Οι μεγαλύτερες κβαντικές κουκίδες έχουν περισσότερα ενεργειακά επίπεδα που διαχωρίζονται από μικρότερα ενεργειακά διαστήματα. Αυτό επιτρέπει στις κβαντικές κουκίδες να απορροφήσει φωτόνια που περιέχουν λιγότερη ενέργεια, δηλ. εκείνα προς το ερυθρό άκρο του φάσματος.

Πρόσφατα άρθρα έχουν αρχίσει να προτείνουν ότι η μορφή της κβαντικής κουκίδας μπορεί επίσης να είναι ένας παράγοντας που δίνει το ιδιαίτερο χρώμα,  αλλά μέχρι τώρα δεν υπάρχουν αρκετές πληροφορίες.

Η δυνατότητα να συντονιστεί το μέγεθος των κβαντικών κουκίδων είναι συμφέρουσα, καθώς όσο μεγαλύτερες είναι και όσο προς το κόκκινο μετατοπισμένο είναι το χρώμα των  κβαντικών κουκίδων, τόσο λιγότερες είναι οι κβαντικές ιδιότητες. Το μικρό μέγεθος της κβαντικής κουκίδας μας επιτρέπει να εκμεταλλευθούμε αυτές τις κβαντικές ιδιότητες, στα λέιζερ, στις έγχρωμες οθόνες, τα φωτοβολταϊκά συστήματα και τη βιοαπεικόνιση.

Εκτός από τη χρησιμοποίηση τους για εξαιρετικά λεπτές, επίπεδες, φωτεινές οθόνες, το QD-OLED μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε ποικίλες άλλες εφαρμογές για τη μέτρηση μηκών κύματος για επιστημονικούς σκοπούς, να παράγει μήκη κύματος ορατά μόνο για ρομποτικά μάτια ή για μικροσκοπικούς επιστημονικούς εξοπλισμούς.

Το μόνο μειονέκτημα τους είναι ότι η παραγωγή τους στοιχίζει πάρα πολύ, τουλάχιστον 2.000 δολάρια το γραμμάριο, εξ αιτίας ενός ακριβού διαλύτη (δεκαοκτάνιο) που χρησιμοποιείται για την παρασκευή τους. Τελευταία όμως στο Πανεπιστήμιο Rice επιστήμονες κατάφεραν να αντικαταστήσουν το πανάκριβο διαλυτικό με ένα άλλο φθηνότερο κατά 80%.

Κβαντικές κουκκίδες και… Έλληνες επιστήμονες… πάλι…

Στον επιστημονικό μαραθώνιο που εκτυλίσσεται για μια τόσο πρωτόγνωρη σάρωση της ηλιακής ενέργειας, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι κολλοειδείς κβαντικές κουκκίδες (quantum dots). Πρόκειται για μικροσκοπικούς νανοκρυστάλλους, της τάξης των 2-10 εκατομμυριοστών του μέτρου (νανομέτρων, nm) που έχουν τη μοναδική ιδιότητα να αλλάζουν το διάκενο ζώνης του υλικού τους απλά αλλάζοντας το μέγεθος των κρυστάλλων. Εξαλείφουν δηλαδή την ανάγκη ενσωμάτωσης διαφορετικών και σύνθετων υλικών για να καλύψει κανείς το ευρύ ηλιακό φάσμα. Η ιδέα γεννήθηκε το 2001 από τον καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας Berkeley, Παύλο Αλιβιζάτο, ο οποίος δημιούργησε το πρώτο φωτοστοιχείο από κβαντική κουκκίδα καδμίου-σεληνίου (CdSe) σε πολυμερές. Τέσσερα χρόνια αργότερα, η ερευνητική ομάδα του Ted Sargent στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο – όπου μετείχε ο Γεράσιμος Κωνσταντάτος – έδειξε ότι χρησιμοποιώντας κβαντικές κουκκίδες θειούχου μολύβδου (PbS) μπορούμε να επεκτείνουμε τη δράση των πολυμερών φωτοστοιχείων στο υπέρυθρο φάσμα. Τώρα, στο ICFO, η ομάδα του έχει εστιάσει το ενδιαφέρον της σε νέα υλικά, για την αντικατάσταση των τοξικών Pb και Cd, και έχει πρόσφατα δείξει – με άρθρο της στο Nature Photonics – ότι με την ανάπτυξη μιας ειδικής νανοδομής μπορούμε να δομήσουμε φιλικά προς το περιβάλλον νανοφωτοφωλταϊκά. [Βήμα – Μπορούν να μας σώσουν τα φωτοβολταϊκά;]

Έχω μια απορία: Αν -υποθετικά μιλώντας- αν κάποιος έπαιρνε αυτό το υλικό με τις κβαντικές κουκκίδες και το έβαζε σε δοχεία κι ύστερα έβαζε τα δοχεία σε ένα αεροπλάνο και ψέκαζε στα 33.οοο πόδια τι θα γινόταν;

Οι κβαντικές κουκίδες έχουν ιδιαίτερα ενεργειακά επίπεδα, σαν ένα άτομο, καλούνται μερικές φορές “τεχνητά άτομα”.

Οι κβαντικές κουκίδες είναι φθορίζοντα νανοσωμάτια σε διάφορα χρώματα που αποτελούνται από ένα ημιαγώγιμο υλικό, ονομάζονται δε και  ημιαγωγοί νανοκρύσταλλοι.

Ο χρωματισμός συσχετίζεται άμεσα με τα ενεργειακά επίπεδα της κβαντικής κουκίδας

Οι κβαντικές κουκίδες περιορίζουν τα ηλεκτρόνια, τις οπές, ή τα ζεύγη των ηλεκτρονίων-οπών (που λέγονται και εξιτόνια) σε μηδενικές διαστάσεις, σε μια περιοχή της τάξης του μήκους κύματος de Broglie των ηλεκτρονίων. Αυτός ο περιορισμός οδηγεί σε ιδιαίτερα κβαντοποιημένα ενεργειακά επίπεδα καθώς και στην κβαντοποίηση του φορτίου σε μονάδες του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου.

Πολλά θα μπορούσαν να γίνουν ψεκάζοντας με κβαντικές κουκίδες και μην ξεχνάτε, εκτός από τα χααρπ, έχουμε και τα Cern…

Πάντως αν ψέκαζαν με φθορίζοντες κβαντικές κουκκίδες, μπορεί και τα σύννεφα να έμοιαζαν κάπως έτσι;

ΠΗΓΗ

  •  
  •  
  •  
  •  
Grothia.gr - Menu