Der Einsatz von Nanotechnologie in Solarenergiesystemen

Der Einsatz von Nanotechnologie in Solarenergiesystemen

Die Nanotechnologie kann dazu beitragen, die derzeitigen Effizienzbarrieren zu überwinden und die Erzeugung und Speicherung von Solarenergie erheblich zu steigern. Im Nanobereich wurden verschiedene physikalische Prozesse entwickelt, die die Verarbeitung und Übertragung von Sonnenenergie verbessern können. Die Anwendung der Nanotechnologie in Solarzellen hat den Weg für die Entwicklung von Hochleistungsprodukten der neuen Generation geebnet. Da der Wettbewerb um Optionen für saubere Energie zugenommen hat, wurden mehrere mögliche Ansätze zur Erweiterung der Perspektiven erörtert. Neue Prinzipien wurden in den Bereichen Solarzellenherstellung, Mehrgenerationenherstellung, Spektrummodulation, thermofotoelektrische Zellen, Heißträger, Mittelband und vielen anderen technischen Bereichen untersucht. Es wurde gezeigt, dass Nanopartikel und Nanostrukturen die Absorption von Licht erhöhen.
Die Nanotechnologie ist ein interdisziplinäres Forschungs-, Ingenieur- und Entwicklungsfeld, das nanoskalige Materialien von 1 bis 100 Nanometer abdeckt. Bei diesen Nanometermessungen können Materialien neue Eigenschaften aufweisen, die fehlen oder knapp sind. Zu diesem Zweck haben sich nanotechnologische Anwendungen in einem breiten Spektrum von Physik, Chemie, Biowissenschaften, Materialwissenschaften, Elektronik und Energiewissenschaften bewährt. Aufgrund der Verringerung der Ressourcen fossiler Brennstoffe und der Umweltfolgen ihrer Nutzung sowie der zunehmenden Treibhausgasemissionen, die die Welt erwärmen, ist die Entdeckung einer neuen erneuerbaren, effizienten und biokompatiblen Energiequelle eine Herausforderung für Wissenschaftler und Forscher. Einsatz der Nanotechnologie in Solarenergiesystemen


Die Beachtung alternativer Energiequellen wie Sonnenenergie, Wind, Wasser und Gezeiten sowie Brennstoffzellen und Biomasse aus Wasserstoff ist heute in Industrie und Wissenschaft von großem Interesse. Solarenergie, die weltweit größte Energiequelle, spielt eine besondere Rolle in der Energieversorgung als erneuerbare Energiequelle, billig und frei von Emissionen. Das Sonnenlicht, das die Sonne jede Stunde auf dem Planeten reflektiert, ist mehr als jede Ressource, die die Menschen auf der Erde in einem Jahr essen. Die Erzeugung dieser Energie ist daher sehr wichtig. Derzeit wurde aufgrund der Notwendigkeit der solaren Ernte in verschiedenen Ländern eine große Anzahl von Solarstromerzeugungssystemen mit der richtigen Kapazität für Sonnenstrahlung entwickelt, damit der Strom in das nationale Netz eingespeist werden kann.
Heute werden rund 178 GW Strom durch Solarenergie erzeugt. Wenn diese Ressource entfernt wird, wird das Solarenergiepotenzial der zu bauenden Kraftwerke bis 2020 voraussichtlich auf über 500 GW steigen. Da der Kern der grünen Energien wie der Sonnenenergie größtenteils lokal und verteilt ist. Wenn es also nicht möglich ist, das globale Netz zu nutzen, ist es sinnvoll und sinnvoller, die Nutzung dieser Ressourcen auf verteilte Weise anstatt auf zentrale Leistung zu verteilen. Der Iran hat ein starkes Potenzial, diese Energieversorgung näher an den Äquator zu bringen. Bei den Bodenschätzen belegt der Iran den siebten Platz.

Mechanismus zur Erzeugung von Sonnenenergie

Sonnenlicht besteht aus verschiedenen Haarlängen des Lichtkontinuums (ultraviolett, gelb und rot), die aus Energiepaketen stammen, die als Photonen bezeichnet werden. Die Dichte dieser Photonen variiert entsprechend ihrer Wellenlänge. Nachdem Solarzellen der Oberfläche der Sonnenkollektoren und dem Sonnenlicht ausgesetzt wurden, absorbieren sie die Sonnenenergie und wandeln sie in Elektrizität um.

Solarzelltypen

Einsatz der Nanotechnologie in SolarenergiesystemenSiliziumsolarzellen (erste Generation)
Die Technologie der ersten Generation basiert auf Siliziumwafern mit einer einkristallinen oder mehrkristallinen Struktur von 300 bis 400 Mikron Dicke. Die verwendeten Siliziummaterialien waren mit verschiedenen Elementen verunreinigt, um genügend Elektronenlöcher zu finden. Solche Solarzellen bestehen aus einer Kombination von elektronenkontaminierten und perforierten Siliziumschichten, die Elektronenlückenlicht emittieren. Daher wird elektrischer Strom erzeugt, indem die Last zum externen Stromkreis bewegt wird. Diese Solarzellen wurden wegen ihrer hohen Leistung kommerzialisiert, aber die Hauptnachteile dieser Gruppe sind die hohen Kosten für die Verarbeitung von Siliziumrohstoffen und ihr hoher Energieverbrauch.
Dünner Solarzellenfilm (zweite Generation)
Wie der Name schon sagt, konzentrieren sich die Arbeitskonzepte dieser Zellen auf dünne Schichten von Halbleitern, die auf der Oberfläche abgeschieden sind, wie Glas-, Metall- oder Polymersubstrate. Bei diesen Arten von Solarzellen ist jede Beschichtung dafür verantwortlich, einen Teil der Wellenlänge der Sonne zu verbrauchen. Infolgedessen wird die Absorptionsrate dieser Form von Solarzellen verringert und die Energieübertragung verbessert.
Lackempfindliche Solarzelle (3. Generation)
Die wesentlichen Bestandteile einer pigmentierten Solarzelle sind eine Photoelektrode aus einem pigmentempfindlichen Titandioxidfilm (TiO 2). Wie gezeigt, werden in diesen Zellen Photonen vom Pigment absorbiert, wenn sie in die farbstoffempfindlichen Solarzellen eintreten und Elektronen und Löcher erzeugen. Farbstoffelektronen werden in das TiO-Nanopartikel geleitet. TiO 2 -Nanopartikel, die als Träger des Elektrons und schließlich des Elektrons dienen, treten in die Elektrode ein. Das in die Elektrode eintretende Elektron wird mit dem Draht zur gegenüberliegenden Elektrode (Reduktionselektrode) geleitet und im Elektrolytrückgewinnungszyklus verwendet. Andererseits wird der Pigmentraum durch ein Lösungsmittel regeneriert und kann das nächste Photon absorbieren. Auf diese Weise wird im externen Stromkreis Strom gebildet.
Anwendung der Nanotechnologie in der Solarzellenindustrie
Insgesamt wirkt sich die Nanotechnologie in mehrfacher Hinsicht positiv auf die Effizienz von Solarzellen aus. Solche funktionellen Ergebnisse umfassen:
• Erhöhung der Absorption und Speicherung von Sonnenlicht
• Bereitstellung moderner Nanotechnologie-Designs für Solarzellen
• Verwendung von Nanodrähten zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen
• Anwendung von Photokatalysatoren auf Basis der Nanotechnologie in Solarzellen
• Aufbringen von Nanobeschichtungen
• Anwendung der Nanotechnologie in Energiespeichersystemen
Auf dem Gebiet der Solarenergie sind nur einige der Merkmale der Nanotechnologie im Bereich der Nanotechnologie wie Solarsysteme, derzeit wurden nur wichtige Anwendungen demonstriert.

Verbesserung der Sonnenlichtabsorption und -retention

Einsatz der Nanotechnologie in SolarenergiesystemenLicht emittierende Nanopartikel; Seit dem Aufkommen der Nanotechnologie in den letzten Jahren wurden Nanomaterialien auf vielfältige Weise für eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt und hergestellt. Inzwischen haben lichtemittierende Nanopartikel aufgrund ihrer sehr beeindruckenden Eigenschaften bei Lichtabsorption und -reflexion eine große Abdeckung erreicht. Licht emittierende Nanopartikel wie Quantenpunkte, Gold- oder Silbernanopartikel und fluoreszierende Nanofasern werden häufig verwendet, um die Leistung von Solarzellen zu verbessern. Der Hauptnenner solcher Nanopartikel sind ihre besonderen optischen Eigenschaften. Einfach ausgedrückt ist die Haupteigenschaft solcher Nanopartikel ihre Fluoreszenz. Solche Nanopartikel können abhängig von ihrer Form und Größe verschiedene Wellenlängen absorbieren und schütteln und dann die absorbierte Energie in Form von Strahlung von einer anderen Wellenlänge oder der ursprünglichen Wellenlänge abgeben. Quantenpunkte werden aufgrund ihrer hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften in Solarzellen als Ersatz für Pigmente verwendet.
Dies führt zu der Möglichkeit, die Spannung oder den Ausgangsstrom der empfindlichen Solarzelle auf das Quantenniveau zu erhöhen. Ein weiterer Nachteil solcher Materialien besteht darin, dass sie aufgrund ihrer photoelektrischen Eigenschaften (Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität) das Absorptionsspektrum von anderem Sonnenlicht als sichtbarem Licht erweitern. Obwohl sie auch Infrarotstrahlen empfangen, sagte die quantenbasierte zelltheoretische Simulation eine Verbesserung der Zellleistung von etwa 64 Prozent voraus, was ziemlich signifikant ist.
Eines der neuesten Produkte, das die Reaktion von Solarzellen auf Licht verbessert und deren Absorption erhöht, sind Quantenpunkte von Silbersulfid (Ag 2 S). Solche Quantenpunkte sind immun gegen Wellenlängen zwischen 400 und 1000 nm im Sonnenspektrum; Daher reflektieren sie zusätzlich zu sichtbarem Licht (400-700 nm) normalerweise die Intensität der Infrarotstrahlung. Die Gattung dieser Kategorie sind Silberselenid (Ag 2 Se) -Quantenpunkte, die das gesamte Sonnenspektrum abdecken und einen Empfindlichkeitsbereich von 7 bis 14-mal größer als Standardquantenpunkte aufweisen.
Die Stromerzeugung dieser Zellen ist viermal höher als bei normalen pigmentempfindlichen Zellen. Es kann auch festgestellt werden, dass solche Quantenpunkte eine sehr wirksame Wahl zur Verbesserung der Leistung von Solarzellen darstellen. Daher ist es absolut wichtig und unmittelbar bevorstehend, in weitere Arbeiten auf diesem Gebiet zu investieren, um in den kommerziellen Prozess einzutreten.

Verweise:
https://www.researchgate.net/publication/315892213_Nanotechnology_for_powerful_solar_energy https://www.intechopen.com/books/nanotechnology-and-the-environment http://dx.doi.org/10.1155%2F2011%2F194146

Schriftsteller: Ozlem Guvenc Agaoglu

admin

Schreibe einen Kommentar