Nekonečná energie? Tajemství se skrývá v supermřížce

[karelkilian]

Dobrý den,

máme tu pátek, a to znamená, že přicházím s článkem ke čtení, zamyšlení a případné diskuzi. Dnes se podíváme na zajímavou inovaci v segmentu solárních článků.

Přeji hezký den.
Karel Kilián

Nekonečná energie? Tajemství se skrývá v supermřížce

Server Interesting Engineering přinesl článek Nová inovace solárních článků poskytuje tisíckrát vyšší výkon. Hned v úvodu se ptá: „Nekonečná energie? Možná to bude možné se solárními panely vyrobenými z feroelektrických krystalů místo křemíku.“

Podle prohlášení Univerzity Martina Luthera v německém Halle-Wittenbergu (MLU) lze díky této inovaci, spočívající v uspořádání tenkých vrstev těchto materiálů, zvýšit produkci energie feroelektrických krystalů v solárních článcích až tisíckrát.

Vrstva tří krystalů produkuje tisíckrát více energie

Vědci zjistili, že pokud jsou tři různé materiály (konkrétně titaničitan barnatý - BaTiO3, titaničitan strontnatý SrTiO3 a titaničitan vápenatý CaTiO3) uspořádány periodicky v takzvané „supermřížce“, může to zvýšit fotovoltaickou účinnost feroelektrických krystalů až tisíckrát. Výsledky výzkumu byly publikovány v odborném časopise Science Advances.

Většina dnes používaných solárních článků je založena na křemíku. Důvodem je jeho nízká cena a relativně dobrá účinnost, nicméně jejich účinnost je bohužel omezená a zatím nic nenasvědčuje tomu, že by ji bylo možné nějak zásadněji zvýšit. To přimělo vědce ke zkoumání nových materiálů - například feroelektrik, jako je titaničitan barnatý, což je směsný oxid barya a titanu.

„Feroelektrický materiál znamená, že má prostorově oddělené kladné a záporné náboje,“ vysvětluje fyzik Akash Bhatnagar z Centra pro inovace. „Oddělení nábojů vede k asymetrické struktuře, která umožňuje generovat elektřinu ze světla.“

Na rozdíl od křemíku nevyžadují feroelektrické krystaly k vytvoření fotovoltaického efektu tzv. PN přechod, tedy rozhraní mezi polovodičem typu P a polovodičem typu N, kde přechod propouští elektrický proud pouze jedním směrem. Díky tomu může být výroba feroelektrických solárních panelů mnohem jednodušší.

Zvládnuté výzvy

Čistý titaničitan barnatý však neabsorbuje dostatek slunečního světla, proto generuje jen malé množství elektřiny. Nejnovější výzkum ukázal, že kombinace extrémně tenkých vrstev různých materiálů výrazně zvyšuje výtěžnost solární energie.

„Důležité je, že se zde střídá feroelektrický materiál s paraelektrickým. Ten sice nemá oddělené náboje, ale za určitých podmínek, například při nízkých teplotách nebo při mírné změně jeho chemické struktury, se může stát feroelektrickým,“ vysvětluje Bhatnagar.

Skupina vědců zjistila, že fotovoltaický efekt se výrazně zvýší, pokud se feroelektrická vrstva střídá ne pouze s jednou, ale se dvěma různými paraelektrickými vrstvami. Doktorandka Yeseul Yun vysvětluje: „Vložili jsme titaničitan barnatý mezi titaničitan strontnatý a titaničitan vápenatý. Toho jsme dosáhli odpařením krystalů pomocí výkonného laseru a jejich opětovným uložením na nosné substráty. Vznikl tak materiál složený z 500 vrstev o tloušťce asi 200 nanometrů.“

Při následných fotoelektrických měřeních byl nový materiál ozářen laserovým světlem. Výsledek vědce doslova překvapil: ve srovnání s čistým titaničitanem barnatým o podobné tloušťce byl tok proudu až tisíckrát silnější - a to i přesto, že podíl titaničitanu barnatého jako hlavní fotoelektrické složky byl snížen téměř o dvě třetiny.

Základem úspěchu jsou vrstvy

„Zdá se, že interakce mezi vrstvami mřížky vede k mnohem vyšší permitivitě - jinými slovy, elektrony mohou díky excitaci světelnými fotony proudit mnohem snadněji,“ vysvětluje Akash Bhatnagar. Měření také ukázala, že tento efekt je velmi robustní: po dobu šesti měsíců zůstal téměř konstantní. Fakt, že naměřené hodnoty zůstaly stejné po dobu půl roku, znamená, že materiál může být dostatečně odolný pro komerční využití.

Nyní bude potřeba provést další výzkum, během kterého odborníci zjistí, co přesně způsobuje tento vynikající fotoelektrický efekt. Bhatnagar je přesvědčen, že potenciál, který nový koncept prokázal, lze využít pro praktické aplikace v solárních panelech. „Vrstevnatá struktura vykazuje vyšší výtěžnost ve všech teplotních rozmezích než čistá feroelektrika. Krystaly jsou také výrazně odolnější a nevyžadují speciální obal.“

Dosavadní práce Bhatnagarova týmu se může stát součástí potenciální revoluce v oblasti feroelektrických materiálů. Její výsledky mohou najít praktické využití i v dalších segmentech, jako jsou počítačové paměti, kondenzátory a dalších elektronická zařízení.

Jak hodnotíte tento vědecký objev?

Zdroje: interestingengineering.com, uni-halle.de, sciencemag.org.

[jahodovák]

Že by další procházka...dokud to nebude v prodeji,je to jen utopije

[martesik]

Univerzita v Halle píše: "The photovoltaic effect of ferroelectric crystals can be increased by a factor of 1,000 if three different materials are arranged periodically in a lattice."
Což znamená: "Fotovoltaický jev feroelektrických krystalů lze zvýšit 1000x v případě, kdy jsou tři různé materiály periodicky uspořádány v mřížce".
A vyjádření v článku zní: "... zvýšit produkci energie feroelektrických krystalů v solárních článcích až tisíckrát" - což vůbec neznamená "zvýšit produkci energie fotovoltaických panelů až tisíckrát".
Výstupem výzkumu může být spíš výrazné zlevnění fotovoltaických panelů a jejich rozšíření "na fasády a všechno možné". V češtině ve VTM https://vtm.zive.cz/clanky/bezne-solarn ... fault.aspx
Jinými slovy, je to další druh perovskitu a tudíž potenciálně levná a flexibilní technologie - tenké, snadno vyrobitelné, možná ohybatelné a hlavně levné. Jak si stojí cenově ty titanové soli proti taveným křemíkovým krystalům, netuším. Ale asi by to mělo být jednodušší vyrobit a za cenu méně energie. To je moje interpretace.

[vlkazajac]

Ferroelektrický kryštál v paneli.... Teda, ak dnes dáva 1 W z metra štvorcového, bude u nás jeho teoretický limit s usporiadanou mriežkou oných známych 1000 W/m2. A opačne.

[ViktorEX]

co se stalo vlastne s tou polskou studentkou, ktera prisla take s prevratnym objevem třívrstvých panelů a výrazně vyšší účinností? to už je taky tak dva-tři roky

[Hyp]

Nekdo to koupil (vyrobce panelu) a dal to k ledu? ) Jak s oblibou rikaji konspiracni hypotetici

[Miki.X]

co se stalo vlastne s tou polskou studentkou, ktera prisla take s prevratnym objevem třívrstvých panelů a výrazně vyšší účinností? to už je taky tak dva-tři roky

https://www.youtube.com/watch?v=Qx3DKbqMVaU
https://www.youtube.com/watch?v=JLJ4jEsKx0E

[Hyp]

Mám ten mono panel viz můj podpis níže.

Myslíte že budou v dohledné době 2 let nějaké účinnější panely?

Mám dojem že ten panel při nedokonalém nasměrování a rozptýleném světle moc energie nedává… doporučili byste mi přidat nějaký poly 12V 10A který bych mohl připojit paralelně?

Tedy aby výsledných nominální 12 V / maximálně 20 A bylo zachováno.

Jo a mimochodem, kdybych měl pouze 10 ampérový PWM, tak vlastně kdybych měl že soláru 12 V / 20 A maximálně, tak chápu asi správně, že jsi víc jak těch 10 A Nevezme? Anebo by se ten regulátor spálil?

[misa84]

ještě aby vylepšily ukládání energie "SMES" a bude na světě lépe ...kolik lidí se za propagaci technologií ztratí než energetický giganti uznají prohru...

(Superconducting magnetic energy storage )

[fanfox]

Zdravím, nejsem žádný vědátor, pro mě je šílená nejistota i plus a mínus na baterii

Možná, že data prosakují všelijak, možná i skrz články viz první příspěvek.

Nechci působit jako se jim říká „konspirátoři“, já prostě věřím , že jsou lidé, kteří na to kápli a ti, kteří jsou zticha, tak jsou na tom ještě dobře …
Selected Correspondence (cheniere.org)
http://www.cheniere.org/correspondence/index.html

Někdo to zavře hned někdo ne. Já jsem podobná témata sledoval od let před 2000, žel nejsem praktik, neumím motat cívky, navrhovat obvody, byť ty dle známé „elektriky“ a už vůbec ne ty z technologie, která neexistuje, jako třeba chytání "Back EMF". Hltal jsem všechno ne/možné a, protože mám ty obě ruce levé, tak mě napadlo, že abych měl úspěch jako Tesla, tak by musely pokusy být taky tak obrovské, velké cívky, velké napětí a kdo ví co, možná dobové materiály a, nebo může být opačná cesta , co nejmenší věci, nu, jděte s pilníkem na nanotechnoligi, že, takže si žiju, protože s kladivem a pilkou zkrotím jen energie tomu úměrné.

Když se tam začtete, tak je to až neuvěřitelné, působí to jako jiná realita až krásné scifi, třeba to z roku 2011 , jak „nemejnstrýmová věda“, tak politicko-vojenská-mocenská situace nějak podezřele připomínající dnešní dobu.

Ale k FVE a prvnímu příspěvku toho vlákna, někde tam je volně řečeno „udělejte solární články malé jako molekula,“ asi také ze správných materiálů, "jeden absorbovaný foton „vygeneruje“ sedm elektronů."

Našel :

Victor Klimov in Los Alamos National Laboratory in New Mexico has constructed a solar cell which can absorb the light of a specific wave length in such a way, that one photon can energize more than one electron. As soon as the electron absorbs a photon, it disappears for a very short moment into the quantum field. Being in the virtual state the electron can borrow energy from the vacuum and thereafter appears again in our reality. Now the electron can energize up to 7 other electrons. This leads to a theoretical coefficient of performance (COP) of 700%. A COP = 200% can be readily achieved and it has been. The experiment has also been replicated successfully by the National Renewable Energy Laboratory in Golden Colorado. [Herb Brody, "Solar Power - Seriously Souped Up." New Scientist, May 27, 2006, p 45]. 
     Quoting: ?Make solar cells as small as a molecule; and you get more than you bargained for. Could this be the route to limitless clean power?"].


Je to nesmysl? Já to neověřím.
Co je potom tepelné čerpadlo? Jasně , na tepelné čerpadlo lze aplikovat známé vzorce a jevy a materiály. Ale co když to „1 foton = 7 elektronů“ je „stejný“ princip, jenom nám není znám ten materiál, který to umožní a také potom budeme říkat (nebo pravnuci), vždyť jde pouze o přesun energie od někud někam (do drátů), těch 7 elektronů nevzniklo z ničeho, budeme vědět kde se vzaly, obdobně jako přesun tepla z prostředí 1 do prostředí 2. Najednou nebude porušeno zachování energie, pouze se nám ukáží možnosti, jiné pohledy a přístupy. Nikde nic nevzniká z ničeho, jen tu rovnováhu narušit. Nebo se za poslední víc než 100 let nic krom tranzistoru neobjevilo? Možná jen „moderní“ ekonomika“. Já chci svoji elektronovou ledničku

Možná by bylo fajn chovat lišky a nechat je tahat ocas po přívodních drátech z DS, třeba by to něco bústlo.

A možná to je utopie a možná k zamyšlení.

Jistě chápete, že něco, co strčíte do zásuvky, bude to žrát 1kW a dobíjet baterii výkonem 3kW, nám jen tak někdo neprodá. Elektriky, protože tepla, to nám už prodává! A kdyby to bylo reálné, tak určitě ne v tomto „systému“, takže kdy? Mě by stačilo 300W ze 100W , jako to malé tepelné čerpadlo.

Elektronům ze všech směrů, prostorů a časů zdar. A to ZPM si nenechávejte pro sebe !

[ViktorEX]

no ja porad verim, ze se system brzy zlomi a budou uvolneny zakazane patenty, jako je muj oblibeny magneticky rezonancni motor (Nikola Tesla), nebo motor na vodikovou elektrolyzu.

Jenze aktualni system proste stoji na tom, ze otroci elektriku potrebuji a neumi ji vyrobit, ne dost. Je to jednoduchy nastroj, jak regulovat zbyle penize v penezence po vyplate. O prodeji vodnich zdroju cizincum(francii), radsi ani nemluvit. To ze to je globalistické šméčko je snad nad slunce jasne.

[marko250]

No na 1m2 pod zemskou atmosférou dopadá 1000W a dnešní panel z toho umí pobrat jen okolo 20% (200-250W) a pokud se najde panel s 90% účinností(900W), tak to tedy bude super skok.Ale ještě to musí být stabilní materiál co přežije rozpínavost aspoň jako dnešní panely přez 30let a záruka 85% funkčnosti.
Za mě je řešení přepanelovat Zem,úložiště,přebytky na vodík a čištění(vzduch/voda)

[bublich]

Jo,jo začlo to už dávno,magistr Kelly také nespáchal sebevraždu,ale byl umlčen,jinak by bylo vše ze zlata.

[beethowen]

Jistě chápete, že něco, co strčíte do zásuvky, bude to žrát 1kW a dobíjet baterii výkonem 3kW, nám jen tak někdo neprodá. Elektriky, protože tepla, to nám už prodává! A kdyby to bylo reálné, tak určitě ne v tomto „systému“, takže kdy? Mě by stačilo 300W ze 100W , jako to malé tepelné čerpadlo.

Já bych za těch 300W potom zase zapojil 3x100W, coby každý na výstupu dal zase 300W, potom 9 a potom 27 a to už by bylo na výstupu 8,1kW a to už by mě asi stačilo. Těch 100W bych přepojil na vstup toho systému a na výstupu by to dávalo trvale 8kW. A už by to šlo potom odpojit od sítě. To chci taky, přoč se srát s FV panely, zateplováním a podobnými nesmysly Toto před náma určitě někdo tají.
Ještě více takovýchto fantasmagorií a konspirací.

[Franta2776]

Ještě,že to ti amíci tají a neuvolní.V Rusku by neměli co žrát:)))

[ChlapeczDediny]

Nebo by se Arabové vrátili k tradičnímu způsobu života a Amíci by začali chodit pěšky.

[Hyp]

Nahodou znacku Varta (auto akumularory) ted vlastni (neb9 vyznamny podil) arabsky princ nebo ne? Uz od ropy prechazeji jinam

Co se tyka ze energie 1000W/m2 tak ten fotoelektricky jev je stara vec:

Fotoelektrický jev v roce 1887 poprvé popsal Heinrich Hertz. Pozoroval, z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné, chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu. Kvantové vysvětlení poskytl Albert Einstein. Einstein za vysvětlení fotoelektrického jevu a za svůj přínos k teoretické fyzice dostal (svou jedinou) Nobelovu cenu v roce 1921.

A kdyby se cela Zem pokryla panelama, no tak bychom zrejme zmrzli to nejde

Btw. K tzv. Teorii všeho https://cs.wikipedia.org/wiki/Teorie_všeho je to od Alberova 1915 taky stale sakra daleko to rozlousknout.

Panel s ucinnosti nad 20% to je taky vec pomeru nakladu ku prinosu. Na Velikonocnim ostrove se take zahubili nesmyslnymi sochami, pokud je znamo. Tolik k tem konspiracim.

Neverim ze existuje neco jako “volna energie”, dostupny vodik nebo neco takoveho. Ale treba se pletu.