Heimild: scitechdaily
Það geta verið margir sem gleymast lífrænum og ólífrænum efnum sem hægt er að nota til að virkja sólarljós neðansjávar og nýta sjálfkrafa sökklabifreiðar á skilvirkan hátt, segja vísindamenn við háskólann í New York. Rannsóknir þeirra, sem birtar í dag (18. mars, 2020) í tímaritinu Joule, þróa leiðbeiningar um hámarksgildisbandssvið á ýmsum vatnsdýpi og sýna fram á að ýmsir breiðbands hálfleiðarar, frekar en þröngbands hálfleiðarar sem notaðir eru í hefðbundnum sílikon sólarfrumur, eru best búnar til notkunar neðansjávar.
„Hingað til hefur almenn þróun verið að nota hefðbundnar sílikonfrumur sem við sýnum að eru langt frá því að vera tilvalnar þegar farið er á verulegt dýpi þar sem sílikon frásogar mikið magn af rauðu og innrauðu ljósi, sem frásogast einnig af vatni - sérstaklega á stórum dýpi, “segir Jason A. Röhr, doktorsnemi við rannsóknir í rannsóknarstofu prófessors Andrés D. Taylor í umbreytingarefni og tækjum við Tandon School of Engineering við New York háskóla og höfundur rannsóknarinnar. „Með leiðbeiningum okkar er hægt að þróa hagkvæmari efni.“
Neðansjávar farartæki, svo sem þau sem notuð eru til að kanna abyssalinn, eru nú takmörkuð af afli á landi eða óhagkvæmum rafhlöðum um borð og koma í veg fyrir ferðalög um lengri vegalengdir og tímabil. En þó að sólarfrumutækni sem þegar hafi tekið á land og í geimnum gæti gefið þessum sökklum meira frelsi til að ferðast um, býður vatnsríki heimurinn einstök viðfangsefni. Vatn dreifir og gleypir mikið af sýnilegu ljósrófi og dregur upp rauða sólar bylgjulengdir jafnvel á grunnum dýpi áður en kísilbundnar sólarfrumur eiga möguleika á að ná þeim.
Flestar fyrri tilraunir til að þróa neðansjávar sólarfrumur hafa verið smíðaðar úr sílikoni eða myndlausu kísilveri, sem hver hafa þröngt bandgap sem hentar best til að taka upp ljós á land. Hins vegar tekst bláu og gulu ljósi að komast djúpt í vatnsdálkinn, jafnvel þegar aðrar bylgjulengdir minnka, sem bendir til þess að hálfleiðarar með breiðari bandgildum, sem ekki finnast í hefðbundnum sólarfrumum, geti gefið betri hentugleika til að afla orku neðansjávar.
Til að átta sig betur á möguleikum neðansjávar sólarfrumna voru Röhr og samstarfsmenn að meta líkama vatns frá skýrustu svæðum Atlantshafsins og Kyrrahafsins til gruggugt finnsku stöðuvatninu með því að nota nákvæmlega jafnvægislíkan til að mæla skilvirkni mörk sólarfrumna við hvert staðsetningu. Sýnt var fram á að sólarfrumur uppskera orku frá sólinni niður í 50 metra dýpi í skýrustu vatni jarðar, en kalt vatn eykur enn frekar skilvirkni frumanna.
Útreikningar vísindamannanna leiddu í ljós að sólarfrásogar virka best með besta bandbilið sem var um 1,8 rafeindavirkjanir á tveggja metra dýpi og um 2,4 rafeindaspennur á 50 metra dýpi. Þessi gildi héldust stöðug í öllum vatnsbólum sem rannsökuð voru, sem bendir til þess að hægt væri að aðlaga sólarfrumurnar að sérstökum vinnudýpi frekar en vatnsstöðum.
Röhr tekur fram að ódýrar sólarfrumur sem eru framleiddar úr lífrænum efnum, sem vitað er að skila góðum árangri við litla birtuskilyrði, auk þess að málmblöndur búnar til úr frumefnum þremur og fimm á lotukerfinu gætu verið kjörið á djúpum sjó. Og þótt efni hálfleiðaranna væri frábrugðið sólarfrumum sem notaðar eru á landi, þá myndi heildarhönnunin haldast tiltölulega svipuð.
„Þó sólaruppskeruefnin yrðu að breytast, þá þyrfti almenn hönnun ekki endilega að breyta svo miklu,“ segir Röhr. „Hefðbundin sílikon sólarplötur, eins og þær sem þú getur fundið á þaki þínu, eru settar saman til að banna umhverfisspjöll. Rannsóknir hafa sýnt að hægt er að dýfa þessum spjöldum og nota þau í vatni mánuðum saman án þess að verða fyrir verulegu tjóni á spjöldum. Svipaðar umbreytingaraðferðir gætu verið notaðar við nýjar sólarplötur úr bestu efnum. “ Nú þegar þeir hafa afhjúpað hvað gerir árangursríka neðansjávar sólfrumur tikkað, hyggjast vísindamennirnir byrja að þróa ákjósanleg efni.
„Hér byrjar skemmtunin!“ segir Röhr. „Við höfum þegar rannsakað óinnheimtar lífrænar sólarfrumur sem eru mjög stöðugar í vatni, en við verðum samt að sýna fram á að hægt er að gera þessar frumur skilvirkari en hefðbundnar frumur. Í ljósi þess hve hæfir samstarfsmenn okkar um allan heim eru, erum við viss um að við munum sjá þessar nýju og spennandi sólarfrumur á markaðnum á næstunni. “
