In den letzten Jahren haben Forscher daran gearbeitet, effizientere Solartechnologien und umweltfreundliche Batteriedesigns zu entwickeln. Solarzellen, Geräte, die die von Solarzellen oder Photovoltaik (PV)-Systemen gesammelte Energie speichern können, gehören zu den zunehmend nachhaltigen Energiealternativen.
Nachhaltiges integriertes Solarzellendesign wurde von Prof. Es wurde kürzlich von einem Forschungsteam unter der Leitung von Bettina Lotsch vorgestellt. Es basiert auf Mineralien, die natürlicherweise auf der Erde reichlich vorhanden sind. Wie in einem in Energy & Environmental Science veröffentlichten Bericht beschrieben, basiert ihr Konzept auf einer bifunktionellen Kohlenstoffnitrid (K-PHI)-Photoanode, die sowohl Licht absorbieren als auch elektrische Ladung speichern kann.
Solarzellenforschung
Laut Andreas Gouder, einem der Autoren der Studie, "ist das Forschungsfeld Solarzellen noch jung und daher sehr vielfältig in Bezug auf Konzepte und Ideen mit unterschiedlichen Integrationsgraden." Integration bedeutet, zwei Funktionen in einem Gerät zu vereinen. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, beispielsweise durch die Verwendung eines bifunktionellen Elektrodenmaterials, wie es hier getan wird, oder durch den Einbau einer photoaktiven Elektrode in eine Batterie. Die Integration kann sich aber auch auf die Lastabtragung auswirken.
Laden von Solarzellen
Im Wesentlichen muss beim Laden von Batterien mit Licht einer der photogenerierten Ladungsträger von der photoaktiven Elektrode zu einer anderen „Gegen“-Elektrode bewegt werden. Bei den meisten bisher produzierten Solarzellen, die auf festen Elektroden basieren, findet dieser Prozess über einen externen Draht statt.
Prof. Das Ziel von Lotsch, Gouder und ihren Partnern war es, ein Batteriesystem zu entwickeln, bei dem dieser Prozess intern stattfindet. Um dies zu erreichen, haben sie einen Mehrzweckseparator in ihre Batterie eingebaut, der die beiden Elektroden trennt.
Neben der erstmaligen Verwendung von bifunktionalen, kostengünstigen, im Boden reichlich vorhandenen 2D-polymeren Kohlenstoffnitriden (d. h. der Kohlenstoffnitrid-Modifikation „K-PHI“) als Photoanoden für Solarzellen wird der Studie auch die Erstellung eines Proof-of-Concept zugeschrieben Gerät, das diesen neuen, stärker integrierten Mechanismus verwendet, und sagte, er sei motiviert. Unser Team untersuchte 2018 erstmals die Nützlichkeit von K-PHI als Solarzellenanode und meldete später 2019 ein Patent darauf an.
Die Batterie der Forscher besteht aus zwei Elektroden (Anode und Kathode) mit einem dazwischen liegenden Separator. Die Anode aus K-PHI ist für die Lichtabsorption verantwortlich. Durch Licht erzeugte Löcher werden zur organischen leitfähigen Polymerkathode transportiert, während durch Licht erzeugte Elektronen direkt in K-PHI gespeichert werden.
Laut Gouder wird dies bei „fast allen anderen vergleichbaren Indoor-Solarzellengeräten“ mit einem externen Kabel erreicht. „In diesem Fall übernimmt eine Lochtransportschicht den internen, diskriminierenden und korrigierten Übertragungsmechanismus. Während dieses Gerät theoretisch als Standard-Solarzelle oder -Batterie verwendet werden könnte, wird eine Vielzahl von lichtunterstützten Modi verfügbar, die wir alle im Rahmen dieser Studie ausführlich untersucht haben.
DR. Lotsch, Gouder und Kollegen bewerteten die Leistung von Solarzellen durch eine Reihe von Tests und stellten fest, dass sie äußerst vielversprechende Ergebnisse zeigten. Der Ladevorgang einer Solarzelle oder sowohl der Lade- als auch der Entladevorgang kann durch Sonnenlicht unterstützt werden. Die Wissenschaftler stellten fest, dass bei Anwendung ihrer Methode sowohl zum Laden als auch zum Entladen die zurückgewonnene Energie deutlich um 94,1 % zunahm, verglichen mit dem Betrieb der Batterie im Dunkeln wie bei typischen Batterien.
Die integrierte Solarzellenarchitektur dieses Teams könnte andere Gruppen motivieren, nachhaltige Batterien unter Verwendung ähnlicher Separatoren oder Kohlenstoffnitrid-Photoanoden zu entwickeln. Gleichzeitig wollen die Forscher die Energieeffizienz ihrer Technologie vorantreiben und die Kommerzialisierung vorantreiben.
Gouder fuhr fort: „Obwohl die Effizienz der Fotoaufladung der von ähnlichen Solarzellengeräten auf Fotoanodenbasis entspricht, bleibt sie hinter traditionelleren Zwei-Geräte-Systemen zurück, die aus einer Solarzelle und einer Batterie bestehen. Um mit modernen Solarzellen konkurrieren zu können, erfordert die Installation in einem traditionellen Solarpark eine gezielte Aufrüstung des Fotostroms. Die Lichtdurchlässigkeit des Geräts könnte unter anderem einen Einsatz dort ermöglichen, wo herkömmliche Solarzellen nicht eingesetzt werden können. (zB Fenster). Da die Ladungsspeicherung zudem direkt auf dem Gerät stattfindet, funktioniert sie sehr dezentral und benötigt keine Ladungsspeicherinfrastruktur wie bei verschiedenen Kleinstgeräten.
Quelle: techxplore
📩 29/03/2023 18:44