Nanoteknolojinin güneş pili üretimi alanında ortaya çıkması ve modern mimarilerin gelişmesiyle birlikte, iş ve teknoloji dünyasına çeşitli güneş pili uygulamaları için yeni fırsatlar açılmıştır. Bu yeni tasarımların tümü, güneş pillerini tamamen şeffaf hale getirmeyi amaçlıyor. Şeffaf güneş pillerinin nihai bileşimi, şeffaf bir substrat (cam veya plastikten yapılmış) ve görünür ışık spektrumunun dışında absorpsiyondan sorumlu olan belirli optik özelliklere ve kalınlıklara sahip malzemelerin nano katmanlarının bir karışımıdır.
Şeffaf hücreler görünür ışık yayar ve ardından ultraviyole ve kızılötesi ışık üreten elektrik tüketir. Şeffaf güneş pillerinin bu yenilikçi yönü, binalarda ve otomobillerde çok çeşitli uygulamalara olanak tanır. Farklı hücre şekillerinde görünür ışık miktarı %50 ile %80 arasında değişir. Araştırmacılar, nanoteknolojinin yardımıyla hücre hareket özelliklerinden ödün vermeden %12 performans elde etmenin zor olmayacağını umuyor. Bu sistemdeki en kalın tabaka, file ve kaplama tabakasının eklendiği cam veya plastik tabakadır. Bazı kaplamalar zemine nano ölçekte eklenir. Katmanların ortasında, uyarılmış ışığı emen ve elektronları yayan iki aktif hücre bulunur. Bu iki bileşikten biri organik elektron verici görevi gören kloroalüminyum ftalosiyanin, diğeri ise 60. (C60) elektron alıcısıdır.
Kloralumina ftalosiyanin kalınlığı 15 ve C-60 30 nm’dir. Bu duvarların etrafına elektrotlar yerleştirilmiştir. Elektrotlar ITO/MoO3’ten yapılmıştır.Bu elektrotların genişliği 20 nm’den azdır. Elektrotlar şeffaf olabileceğinden (ve sıradan metalden yapılmadığından), ince uzunluğunu güneş ışığındaki diğer konumlardan ve hücrenin atmosferine geri döndürmek için hücrenin ucuna bir kaplama uygulanabilir. Bu özel özellik sırasında, görünür ışığın çoğunun ileri ve dışa doğru hareket ettiği bulunmuştur. Güneş ışığında, spektrumdaki kısa ve uzun çizgi uzantıları tüketilir ve dönüştürülür.
hareketli sıvı kuvveti
Kararlı bir nanoline, bir baz çözeltiye gömülmüş metalik veya metalik olmayan nanoparçacıklardır. Silikon oksit, titanyum oksit, bakır oksit, nikel metal nanopartiküller veya karbon nanotüpler ve grafen gibi asılı nanopartiküller, ısı transferini büyük ölçüde artırabilen sıvı yer değiştirmesini ve ısı transfer özelliklerini değiştirir. Nanoakışkan, performansı ve ekonomiyi artırmak için motorlarda veya ısı eşanjörlerinde yüksek ısı transfer katsayısı nedeniyle çoğunlukla imalatta kullanılır.
Son zamanlarda birçok akademik kurum ve şirket, nanoakışkanları ısıtıcılarda veya güneş pillerinde kullanıyor. Güneş pillerinin yüzeyinde uzun dalga boylu ışık emisyonu pillerin ısınmasını sağladığından ve bu sıcaklık artışı performansı düşürdüğünden güneş pillerinin soğutulması özellikle önemlidir. Şu anda bu soğutma, sıcaklığı düşürmede hiçbir etkisi olmayan bir sıvı denizinden geçerek elde ediliyor. Nanoakışkanların kullanımı, güneş pillerinden dışarıya daha fazla enerji aktarır ve bu da güneş pillerinin ömrünü uzatır. Öte yandan, bu ısı su depolarını ısıtmak ve evin içini ısıtmak için kullanılabilir.
Nanoakışkan güneş enerjisi sistemlerinde de kullanılmaktadır. Düz plaka toplayıcılar, güneş panelleri, güneş enerjili su ısıtıcıları veya tuzdan arındırma tesisleri gibi bu güneş enerjisi cihazları, güneş ısıl enerjisini toplayarak ve emilen ısıyı başka bir akım yoluyla enerji eşanjörlerine aktararak çalışır. Isı, su depolarını veya evleri çalıştırmak için kullanılabilir. Bu açıdan nanoakışkanlar, ısıyı yapılardan ısı eşanjörlerine aktarmak için sıradan akışkanlardan daha güçlü ve verimlidir.
Nanoteknoloji tabanlı fotokatalizörlerin güneş pillerine uygulanması
Fotokatalizörler, bir çift elektron deliği oluşturmak için fotonları birleştiren kararlı yarı iletken oksitlerdir. Bu elektron delikleri parçacık yüzeyindeki moleküllere müdahale edecektir. Fotokatalizörler, güneş panellerinde, su arıtıcılarında, hava kirliliğinde, kendi kendini temizleyen lenslerde, organik bileşiklerin ayrışmasında vb. yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanılmış. Fotokatalizörlerin güçlü adsorpsiyon yetenekleri ve görünür ve ultraviyole ışığa duyarlılıkları kullanım alanlarını artırmıştır. Bu kapsamda titanyum dioksit, çinko oksit, kadmiyum sülfür vb. kullanılmaktadır. Bir dizi nanokatalizör kullanılmıştır.
Fotokatalizörler için en büyük sorun, güneş ışığının küçük dalga boylarının birikmesidir. Sonuç olarak, verimliliği ve kullanışlılığı azalacak ve ekonomik maliyeti artacaktır. Bu sorunu çözmek ve daha uzun dalga boylarını (görünür ışığın dalga boyu spektrumunda) fotokatalizörlerle tüketmek için, bunları birlikte karıştırın veya aynı anda iki tür katalizör kullanın. Örneğin, gümüş nanopartiküllerin titanyum okside uygulanması, titanyum oksit fotokatalizörünün dalga boyu absorpsiyonundaki rolüdür.
Bu, boyutu 400 nm’den 450 nm’ye büyük ölçüde genişletti. Fotokatalizörlerin belirli ışık spektrumlarını absorbe ettikleri göz önüne alındığında, güneş pillerinde kullanımları, hücredeki ışık emilimini artırarak güneş pilinin performansını artırır. Nanofotokatalizörlerin çoğu kendi kendini temizleme, buhar önleme ve toz geçirmez özelliklere sahiptir ve güneş pillerinin dışında ve içinde kullanımları, hücrede hava kirleticilerden ve ışık bariyerlerinden arınmış bir atmosfer sağlar ve güneş ışığı emilimini ve hücre performansını artırır. Nanokatalizörlerin güneş pillerindeki diğer bir işlevi de absorpsiyon spektrumunu büyütmek ve görünür ışığa yönlendirmek dışında elektronların elektrotlara geçişini güçlendirmek ve artırmak, böylece hücre içi direnci arttırmaktır. Bu durumda delik elektronlarının rekombinasyonu azalır, ortaya çıkan elektrik akımı artar ve enerji transfer kapasitesi iyileşir.
Kendi kendini temizleyen ve yansıma önleyici nano kaplama
Güneş pili yüzeyinden ışığın emilmesi, yağışlı hava gibi çevresel faktörler ve güneş pillerinin yüzeyindeki tortul birikintiler gibi ışığın hareketinden kaynaklanan engeller güneş pillerinin performansını sınırlayan faktörlerden biridir. Teknolojideki gelişmeler ve olağanüstü kendi kendini temizleme ve yansıma önleyici özelliklere sahip nanometre filmlerin oluşturulması, bu sorunu çözmek için güneş enerjisi üretimini geliştiriyor. Güneş ışığının ultraviyole dalga boyunu engelleyerek hidrokarbonlar gibi organik bileşikleri yakalayabilen titanyum oksit nanopartiküller, fosil yakıt emisyonlarını azaltarak ve kirliliği önleyerek güneş pili yüzeylerini temiz tutabilir.
Bu sayede güneş ışığı hücrenin yüzeyine girer ve reaksiyon daha verimli olur ve elektronların ve deliklerin gelişimi daha verimli olmaya başlar. Aslında nanoteknoloji kullanılarak cam yüzeyinin hidrofilik ve hidrofobik özellikleri değiştirilebilir, böylece su yüzeyi ıslatmaz ve sudaki tuzların tortul etkileri cam yüzeyinde kalır. Yarı iletken hücrelerde üretilen elektron deliği miktarı, güneş ışığının şiddeti ile orantılı olduğu için, güneş pili yüzeyinin koruyucu camla kaplanması ve güneş ışığını yansıtıp yarı iletken yüzeye ileten kısmın ortadan kaldırılması, kapasite artırma yollarındandır. Bu bağlamda, polidimetilsiloksandan (PDMS) yapılmış nanograftlar veya titanyum oksit nanopartiküllerinden yapılmış silika nanoporlar gibi nanoyapılardan oluşan yansıma önleyici nano kaplamalardan bahsedilmiştir. Tüm bu nano kaplamaların hala sadece in vitro gelişim aşamalarında olduğu göz önüne alındığında, güneş pillerinin performansının iyileştirilmesi, onları ticarileştirme için çekici hale getirecektir.
Nanoteknolojinin enerji depolama sistemlerinde uygulanması
Güneş enerjisi üretim sistemleriyle ilgili sorunlardan bazıları düzensiz ve aralıklı gelişimdir. Bu tür sistemlerde güç üretimi, atmosferik modeller, sıcaklık ve güneş ışığı saatleri gibi çevresel faktörlere bağlıdır. Dolayısıyla bu tür süreçlerde sürekli ve tutarlı çıktılar mümkün değildir. Bu sırada, güç kaynağını ayarlamak için pompa gibi bir depolama birimi de gereklidir.
En yeni pil dalgası alıcısı olan lityum piller devre dışı bırakılmalıdır, çünkü sıradan piller ağırdır, kapasiteleri ve düşük performansları vardır, bu nedenle onarımları kullanıcı için maliyetli olabilir, bu nedenle atılmaları gerekir. Nanoteknoloji de bu alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Konvansiyonel piller ile lityum piller arasındaki en önemli fark, elektrolit çözeltisi olarak gaz yerine organik çözücülerin kullanılmasıdır. Lityum piller söz konusu olduğunda, lityum-iyon pil iki elektrot arasında elektriksel temas oluşturur ve iki elektrot söz konusu olduğunda, elektronları şarj yoluyla deşarj yoluyla aktarır.
LiPF6 bazlı lityum pillerde kullanılan elektrolitler esas olarak lityum alkil karbonat, lityum alkoksit ve lityum florür gibi diğer tuz elementleridir. Sıvı elektrolitlerle ilgili başlıca sorunlardan bazıları, organik çözücülerin kullanımından kaynaklanan güçlü elektrik direncidir. Elektrolitin verimini arttırmak için nanomateryaller kullanılmaktadır. Alüminyum oksit, silikon oksit ve zirkonyum oksit gibi bileşiklerden susuz elektrolitlere kadar özellikle nanopartiküller formunda toz ilavesi iletkenliği 6 kata kadar arttırabilmektedir. Kapsamlı çalışmalar, birinci nesil sıvı lityum pillerin yerine katı polimer elektrolitlerin üretimine katkıda bulundu. Elektrolit kontaminasyon olasılığını azaltmak, yangın toleransını artırmak ve dolayısıyla korumayı artırmak, polimer elektrolitlerin özellikleridir. PV sistemlerine bağlandığında tipik bir lityum pilin şarjını ve deşarjını gösterir.
Kısacası, nanoteknolojinin güneş pillerinin yapımında ve verimliliğinin arttırılmasında kullanımı henüz araştırma aşamasındayken, bu alanın ticari arenaya taşınmasının çok yakın ve kaçınılmaz olacağı varsayılabilir. Bu endüstrinin güneş pili verimliliğini artırmada gösterdiği büyük vaadi görünce, bu teknolojinin ticarileştirilmesi güneş pili endüstrisinde önemli bir kilometre taşı olarak görülebilir.
kaynak:
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
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın