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次世代の技術:3D太陽電池が光電子産業界を革新

by admin

3D太陽電池のデコーディング

発電において化石燃料と比較した場合、ソーラー技術自体が比較的「新しい」エネルギーの供給源です。しかし、太陽の力は地球を形成し、そして地球が出現した日から生命を維持しているので、そういった意味では最古で、そして最も確実で重要なエネルギー源です。最近の20~30年間はソーラーパワーを確保するために、太陽電池パネルの使用が信じられないほど増加してきました。一貫性に加えて広範囲に及ぶ有効性と明瞭な効率性により、代替の電力源として太陽電池が登場しました。科学者は、3D太陽電池の到来により、ソーラーパネルは次の段階に進歩する時期であると信じています。

3D太陽電池の開発はまだ初期段階であるにもかかわらず、信じられないほどの可能性を秘めていることが分かっています。この装置特有の構造は、太陽エネルギーを最大限利用して、効率を数倍にも増大することができます。3D太陽電池に降りそそぐすべての光がエネルギーに変換されます。

なぜ変化を受け入れなければならないの?

地球の気候変化を理解している人はご存じのことですが、炭素の放出が地球全体の温度に影響を与えています。グリーン・エネルギーに変えていくことはもはや選択肢ではなく、唯一の「賢い方法」で、その「賢さ」は太陽エネルギーにあります。研究者が数十年間くらいで商業ベースの装置になる可能性がある3D太陽電池の開発に最善を尽くしています。3D太陽電池は、内部に様々な角度からに降りそそぐ光をすべて捕らえるようなタワー構造になっています。これは効率的かつ人間工学的に将来のクリーン・テクノロジーが統合することを考慮しています。化石燃料が不足する日が来ることは確かなことです。

次の次元

 MITが開発した3D太陽電池

MIT's 3D solar cells

革新

これはMITで研究者が作成した非常にユニークなアプローチです。実際に私たちが今日見るフラット・パネル光起電力パネルではなくタワー型に形作られ、上方へ伸びる立方体的構造をしています。設計は、PVパネル構造内のナノテクノロジー変化よりもマクロのスケールで作成されました。3D太陽電池はずっと効率的で、より一貫してエネルギーを生産することができます。

「違い」を創る人

これらの立方体の3D太陽電池とフラット・パネルの違いは、太陽が地平線に沈みかけているときでさえ、最大限に日光を捕らえることができる効率と一貫性がある設計になっています。これは、太陽電池がより多くの光子を捕らえて確実に電気に変換できるようにMITが設計しました。電力供給は早朝や夜遅く、そして曇りの日でも一貫しています。現在のPVパネルと比較すると、3D設計は冬場でも発電量がより高いという結果がでました。

ダンプナー

すべての新技術と同様に、3D太陽電池もさらなる開発を必要とします。また、商用ベースにするためのこのモデルの現在の大きな妨害は経済的制約です。このようなセルの合成技術は、現時点ではまだ経済的に実用が可能ではありません。

 

ジョージア科学技術研究所の3D太陽電池

Nano-Manhattan

革新

GTRIの研究者は、ナノスケールの3D太陽電池を開発しました。これらの内部は、フラットの様に見える太陽電池パネルが、ミニタワーや摩天楼のように垂直にしたカーボンナノチューブ構造になっています。これは高さが100ミクロンで、40ミクロン×40ミクロンの正方形になっています。これらの垂直に整えられたカーボンナノチューブは、入射光線がすべてエネルギーに変換され、反射を確実に絶対最小値に抑えることができます。

「違い」を創る人

カーボン・ナノチューブ・タワーは垂直設計により、3D太陽電池に入射してくるすべての光子を捕えることができます。日光の入射角は効率に影響しません。タワーが様々な角度から光を吸収することができるので、1日中、最適な電気効率を得ることができます。

ダンプナー

カーボンナノチューブ技術が商品化されるまでに、まだ長い道のりが必要です。科学者は、実装置で3D太陽電池を使用することができるようにするには、3D太陽電池を統合する過程をスケールアップする方法を見つけなければならないでしょう。

 

3Dソーラー・ルーフタイルのSolar3D計画

3D solar cells

革新

カリフォルニア州に拠点を置く太陽電池の会社Solar3Dは、世界中で初めて、屋上に太陽電池を追加設置するのではなく、屋根瓦に3D太陽電池を組み込むことを考え付きました。これは、Solar3Dが成功すれば、既に3D太陽電池ユニットを組み入れた瓦を使用して、簡単に家を建てることができることを意味します。個別にソーラーパネルを設置するよりも、価格的、時間的、そして追加的な建築工事手間を節約することができます。

「違い」を創る人

多くの人は商業ベースにのった3D太陽電池を製造することを徹底的に調査しますが、Solar3Dだけが太陽電池を瓦に直接組み込むことを決定しました。瓦に3D太陽電池を組み込むということは、1日中そして1年中一貫して効率的に、人間工学的に太陽光を利用したアウトプットが最大限に供給されることを意味します。

ダンプナー

商業ベースにのった3D太陽電池を作成するという考えは、現時点では大変に困難なことです。太陽電池を瓦に組み込むのは、ちょっと不自然なように思えます。もちろん、Solar3Dが成功した場合、次のステップはもう少し簡単でしょう。しかし、あまり期待しないでください。

 

地下で作動する3D太陽電池

Cheap 3D Solar Cells Are 6x More Efficient

革新

今日まで提供されてきた太陽工学は、できるだけ太陽光に太陽電池を向けるという自然なことでした。ジョージア工科大学の科学者は、「地下」でも技術的に動作する3D太陽電池の開発に取り組んでいます。これは太陽電池の全表面を露出することではなく、太陽エネルギーを吸収することができる光ファイバーを用いた先端技術です。

「違い」を創る人

この3D太陽電池は、光ファイバーが酸化亜鉛ナノストラクチャーの上部に組み入れられます。そして、光を電気に変換する「敏感な染料」物質で覆われます。生成された太陽エネルギーは液体電解質を使用して吸収されます。またこのシステムは、同じ表面積があるプレインの酸化亜鉛太陽電池よりもはるかに効率的です。この技術は、デザイナーがPVパネルで覆われる大きな面積がなくても、太陽エネルギーを吸収することを可能にします。

ダンプナー

まだ発展途上の段階にあることは別にして、科学者がこの新しいモデルで達した実際の変換効率は、3.3パーセントほどです。光ファイバーをベースとした3D太陽電池が従来の装置にとって代わるまでには、まだまだ長い道のりがあります。

 

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