Nanotečky z lidských vlasů pomohou vylepšit solární články

[karelkilian]

Dobrý den,

máte pátek, a to znamená další článek ke čtení, zamyšlení a případné diskuzi. Dnes se podíváme na metodu, jež by mohla pomoci perovskitovým solárním článkům.

Přeji hezký den.
Karel Kilián

Nanotečky z lidských vlasů pomohou vylepšit solární články

Vědci z Queenslandské technologické univerzity (QUT) vyvinuli uhlíkové nanotečky vytvořené z odpadu z lidských vlasů, které pocházely z holičství v Brisbane, a vytvořili tak „pancíř“, který zlepšuje odolnost solárních technologií.

Ve studii, publikované v odborném časopise Journal of Materials Chemistry A, vědci podrobně popsali, jak by uhlíkové nanočástice mohly být použity ke zlepšení výkonu perovskitových solárních článků - nové generace solární technologie, která je levnější a měla by se snadněji vyrábět ve velkém.

Perovskitové články

Perovskitové solární články jsou relativně nová fotovoltaická technologie. Jsou považovány za nejlepšího kandidáta na fotovoltaické články budoucnosti s tím, že budou v příštích letech dodávat levnou a vysoce účinnou solární elektřinu.

Dosavadní výzkum ukázal, že mají stejnou účinnost přeměny energie jako současné komerčně dostupné monokrystalické křemíkové solární články. Překážkou v jejich praktickém uplatnění však je kromě ceny také nutnost zvýšení stability této technologie.

Na rozdíl od křemíkových solárních článků se perovskitové články vyrábějí pomocí snadno vyrobitelné a flexibilní sloučeniny. To znamená, že by mohly být použity pro celou řadu nových aplikací, včetně oděvů a stanů poháněných solární energií, které fungují jako zdroje energie.

Profesorka Hongxia Wang se věnuje výzkumu pokročilých solárních článků již přibližně 20 let a perovskitovými články se zabývá od jejich vynálezu před deseti lety. Jejím hlavním cílem je vyvinout nákladově efektivní a stabilní fotovoltaické materiály a zařízení, jež by pomohly vyřešit energetický problém.

Pomoci mohou lidské vlasy

V loňském roce přeměnil jiný tým vědců z Queenslandské technologické univerzity odpad z vlasů na uhlíkové nanočástice pro flexibilní displeje chytrých zařízení. V návaznosti na tento vývoj vědci z QUT experimentovali s uhlíkovými nanotečkami na perovskitových solárních článcích.

Ukázalo se, že uhlíkové nanotečky vytvářejí vlnovitou vrstvu, kde jsou perovskitové krystaly obklopeny tečkami. „Vytvářejí jakousi ochrannou vrstvu, jakési brnění,“ vysvětlila v tiskové zprávě vedoucí výzkumu profesorka Wang.

Zlepšování fotovoltaického výkonu a životnosti se stalo hlavním cílem snahy o komercializaci metalhalogenidové perovskitové solární technologie. Objev přináší možnost vyrábět odolné, vysoce účinné perovskitové solární články začleněním uhlíkových teček získaných z lidských vlasů do perovskitové vrstvy.

První experimenty s tečkami

První experimenty s uhlíkovými nanotečkami se datují k počátku loňského roku, kdy australští vědci přišli s působivou technikou, která umožňuje recyklovat odpad z lidských vlasů na ohebné displeje, jež lze použít například v chytrých zařízeních.

Odborníkům se podařilo přeměnit malé prameny vlasů na uhlíkové nanotečky o velikosti jedné miliontiny milimetru. K výrobě uhlíkových nanoteček vědci nejprve vlasy rozkládají a poté je vypalují při teplotě 240 stupňů Celsia. Nanotečky jsou následně rovnoměrně rozptýlené v polymeru.

Vědci tehdy slibovali, že organická zařízení vyzařující světlo na bázi uhlíkových teček vyrobených z lidských vlasů by mohla být použitelná pro některé aplikace, jako jsou chytré obaly. Mohla by být nasazena také tam, kde je zapotřebí malý zdroj světla, například v nápisech nebo v chytrých náramcích, a díky netoxičnosti materiálu třeba v lékařských přístrojích.

Nutno dodat, že uhlíkové nanotečky získané z lidských vlasů nesvítí tak jasně, aby je bylo možné použít v televizních obrazovkách. Jsou však dostatečně silné, aby se daly použít v ohebných obrazovkách, nositelných zařízení, chytrých obalech a dalších produktech.

Nanotečky v solárech

Uhlíkové nanotečky v solárních článcích chrání perovskitový materiál před vlhkostí a dalšími faktory vnějšího prostředí, které mohou způsobit poškození materiálů. Vědci také zjistili, že perovskitové solární články doplněné nanotečkami mají vyšší účinnost přeměny energie a větší stabilitu než perovskitové články bez těchto teček.

Podle profesorky Wang by tento vývoj mohl pomoci k dosažení cíle vyvinout perovskitové články, jež by byly schopné fungovat 20 let a déle, což je jedna z překážek, které v současné době brání jejich komerčnímu využití.

Wang se domnívá, že v budoucnu by perovskitové články mohly být použity k napájení kosmických lodí. Například mezinárodní vesmírná stanice je v současné době napájena čtyřmi solárními panely, které mohou vyrábět až 120 kW elektrické energie. Současná technologie je však těžká, a proto je její doprava do vesmíru velmi nákladná.

Lehčí, ale odolnější panely

„Naším konečným cílem je zlevnit solární elektřinu, usnadnit k ní přístup, prodloužit její životnost a zajistit, aby fotovoltaická zařízení byla lehká, protože současné solární články jsou velmi těžké,“ řekla profesorka Wang.

V současné době byly všechny perovskitové solární články vyrobeny v kontrolovaném prostředí s extrémně nízkou úrovní vlhkosti a kyslíku, s velmi malou plochou článků, které jsou pro komerční využití prakticky nevyužitelné. Aby se tato technologie stala komerčně životaschopnou, je třeba připravit výrobu účinných velkoplošných, stabilních a flexibilních perovskitových solárních panelů za nízkou cenu.

Perovskitové články by mohly v budoucnu představovat velkou výhodu při cestování do vesmíru, protože relativně lehké články by výrazně snížily hmotnost užitečného zatížení. Ačkoli je třeba ještě provést další výzkum, Wang říká, že je „docela optimistická vzhledem k tomu, jak moc se tato technologie dosud zlepšila“. Lidské vlasy by mohly být jedním z klíčů k odemčení nové generace solárních technologií.

Je budoucnost v perovskitových článcích s nanotečkami?

Zdroje: interestingengineering.com, pubs.rsc.org, interestingengineering.com, qut.edu.au.