Font: scitechdaily
Hi ha molts materials orgànics i inorgànics ignorats que es podrien utilitzar per aprofitar la llum solar sota l'aigua i alimentar eficientment vehicles submergibles autònoms, informen els investigadors de la Universitat de Nova York. Les seves investigacions, que publiquen avui (18 de març del 2020) a la revista Joule, desenvolupen directrius per a uns valors òptims de bretxa de bandes en una àmplia superfície aquosa, demostrant que diversos semiconductors de banda ampla en lloc dels semiconductors de banda estreta utilitzats en el silici tradicional. Les cèl·lules solars estan més ben equipades per a ús subaquàtic.
“Fins ara, la tendència general ha estat fer servir cèl·lules tradicionals de silici, que mostrem que no estan molt ideals un cop arribem a una profunditat significativa, ja que el silici absorbeix una gran quantitat de llum vermella i infraroja, que també és absorbida per l’aigua, sobretot a l’aigua. "A. Jason Röhr, investigador postdoctoral associat al laboratori de materials i dispositius transformatius del professor André D. Taylor de la Tandon School of Engineering de la Universitat de Nova York i autor de l'estudi. "Amb les nostres directrius, es poden elaborar materials més òptims."
Els vehicles submarins, com els que s’utilitzen per explorar l’oceà abissal, actualment estan limitats per la potència a l’aigua o per les bateries a bord ineficients, impedint el desplaçament a distància i períodes de temps més llargs. Però, si bé la tecnologia de cèl·lules solars que ja s’ha enlairat a terra i a l’espai exterior podria donar més llibertat a aquests submergibles per a vagar, el món aquós presenta reptes únics. L’aigua es dispersa i absorbeix gran part de l’espectre de la llum visible, absorbint longitud d’ona solar vermella fins i tot a poca profunditat abans que les cèl·lules solars basades en silici tinguessin la possibilitat de capturar-les.
La majoria dels intents anteriors de desenvolupar cèl·lules solars submarines s’han construït a partir de silici o silici amorf, que cadascun té buits de banda estreta més adequats per absorbir llum a la terra. No obstant això, la llum blava i groga aconsegueix penetrar profundament a la columna d'aigua, fins i tot a mesura que disminueixen altres longituds d'ona, cosa que suggereix que els semiconductors amb llacunes de banda més àmplia que no es troben a les cèl·lules solars tradicionals poden proporcionar un millor ajustament per al subministrament d'energia sota l'aigua.
Per entendre millor el potencial de les cèl·lules solars submarines, Röhr i els seus col·laboradors van avaluar els cossos d’aigua que van des de les regions més clares dels oceans de l’Atlàntic i del Pacífic fins a un llac finlandès turbid, utilitzant un model d’equilibri detallat per mesurar els límits d’eficàcia de les cèl·lules solars. ubicació. Es va demostrar que les cèl·lules solars recullen energia des del sol fins a una profunditat de 50 metres en els cossos d’aigua més clars de la Terra, amb les aigües fredes que augmenten encara més l’eficàcia de les cèl·lules.
Els càlculs dels investigadors van revelar que els amortidors de cèl·lules solars funcionarien millor amb un desfasament de banda òptim d’uns 1,8 electronvolts a una profunditat de dos metres i uns 2,4 electròlits a una profunditat de 50 metres. Aquests valors es van mantenir coherents a totes les fonts d'aigua estudiades, cosa que suggereix que les cèl·lules solars es podrien adaptar a profunditats específiques de funcionament en lloc de les ubicacions d'aigua.
Röhr assenyala que les cèl·lules solars de producció barata fabricades amb materials orgànics, que se sap que funcionen bé en condicions de poca llum, i també que els aliatges fabricats amb elements dels grups tres i cinc de la taula periòdica podrien ser ideals en aigües profundes. I si la substància dels semiconductors diferiria de les cèl·lules solars utilitzades a la terra, el disseny global es mantindria relativament similar.
"Si bé els materials de recol·lecció del sol haurien de canviar, el disseny general no hauria de canviar tant", afirma Röhr. "Els panells solars tradicionals de silici, com els que podeu trobar al vostre sostre, estan encapsulats per prohibir els danys del medi ambient. Els estudis han demostrat que aquests panells poden submergir-se i operar-se en aigua durant mesos sense haver de patir danys importants als panells. Es podrien utilitzar mètodes similars d'encapsulació per a nous panells solars fabricats amb materials òptims. " Ara que han descobert el que fa que les cèl·lules solars solars efectives submarines facin pessigolles, els investigadors tenen previst començar a desenvolupar materials òptims.
"Aquí és on comença la diversió!" diu Röhr. "Ja hem investigat les cèl·lules solars orgàniques no recapsulades que són altament estables en l'aigua, però encara hem de demostrar que aquestes cèl·lules es poden fer més eficients que les tradicionals. Atès que són capaços els nostres companys de tot el món, estem segurs que veurem aquestes noves i apassionants cèl·lules solars al mercat en un futur proper. "
