Allikas: scitechdaily
New Yorgi ülikooli teadlaste teatel võib olla palju tähelepanuta jäetud orgaanilisi ja anorgaanilisi materjale, mida saaks kasutada päikesevalguse veealuseks kasutamiseks ja autonoomsete sukelaparaatide tõhusaks toiteks. Nende teadusuuringud, mis avaldatakse täna (18. märtsil 2020) ajakirjas Joule, töötavad välja suunised optimaalse ribalaiuse väärtuste saavutamiseks vesistel sügavustel, näidates, et traditsioonilises räni kasutatavate kitsaribaliste pooljuhtide asemel kasutatakse mitmesuguseid lairiba lõhe pooljuhte. päikesepatareid, on kõige paremini varustatud veealuseks kasutamiseks.
„Siiani on üldiseks suundumuseks olnud traditsiooniliste ränirakkude kasutamine, mis on meie arvates kaugeltki ideaalsed, kui lähete olulisele sügavusele, kuna räni neelab suures koguses punast ja infrapunavalgust, mida neelab ka vesi - eriti suured sügavused, ”ütleb Jason A. Röhr, New Yorgi ülikooli Tandoni tehnikakõrgkooli prof André D. Taylori muundavate materjalide ja seadmete laboratooriumi järeldoktori kraadiõppur ning uuringu autor. "Meie juhiste abil saab välja töötada optimaalsemad materjalid."
Veealuseid sõidukeid, näiteks neid, mida kasutatakse kuristiku ookeani uurimiseks, piirab praegu maismaal kasutatav võimsus või ebatõhusad pardal olevad akud, takistades pikematel vahemaadel ja pikema aja jooksul reisimist. Kuid kuigi maismaal ja kosmoses juba startinud päikesepatareide tehnoloogia võiks anda nendele sukelapaikadele rohkem vabadust ringi liikuda, pakub vesine maailm ainulaadseid väljakutseid. Vesi hajutab ja neelab suure osa nähtava valguse spektrist, leotades punaseid päikeselainepikkusi isegi madalas sügavuses, enne kui räni baasil päikeseelemendid saaksid võimaluse neid hõivata.
Enamik varasemaid katseid veealuste päikeseelementide väljatöötamiseks on konstrueeritud räni või amorfse räni hulgast, millel kõigil on kitsad ribavahed, mis sobivad kõige paremini valguse neelamiseks maismaal. Kuid sinine ja kollane tuli suudab tungida sügavale veesambasse ka siis, kui muud lainepikkused vähenevad, osutades, et pooljuhid, mille ribalaius on laiem, mida tavapärastes päikesepatareides ei leidu, võivad veealuse energiaga varustamiseks paremini sobida.
Veealuste päikesepatareide potentsiaali paremaks mõistmiseks hindasid Röhr ja tema kolleegid veekogudes alates Atlandi ookeani ja Vaikse ookeani selgeimatest piirkondadest kuni häguse Soome järveni, kasutades üksikasjaliku tasakaalu mudelit, et mõõta päikesepatareide efektiivsuse piirmäärasid igas asukoht. Näidati, et päikesepatareid koguvad energiat päikesest kuni 50 meetri sügavuseni Maa kõige selgemates veekogudes, jahedad veed suurendavad veelgi rakkude efektiivsust.
Teadlaste arvutused näitasid, et päikesepatareide absorbeerijad töötaksid kõige paremini optimaalse ribalaiusega, mis on kahe meetri sügavusel umbes 1,8 ja 50 meetri sügavusel umbes 2,4. Need väärtused püsisid kõigis uuritud veeallikates ühtlasena, viidates sellele, et päikesepatareid võiks kohandada konkreetsete töösügavuste, mitte vee asukohtade järgi.
Röhr märgib, et odavalt toodetud orgaanilistest materjalidest päikesepatareid, mis teatavasti toimivad hämaras ka hästi, samuti perioodilise tabeli kolmanda ja viienda rühma elementidega sulamid võiksid olla ideaalsed sügavates vetes. Ja kuigi pooljuhtide materjal erineks maal kasutatavatest päikeseelementidest, jääks üldine konstruktsioon suhteliselt sarnaseks.
"Kuigi päikesekoristusmaterjalid peaksid muutuma, ei pea üldine kujundus tingimata kõike nii palju muutma," ütleb Röhr. „Traditsioonilised ränist päikesepaneelid, nagu näiteks need, mida leiate oma katuselt, on kapseldatud, et vältida keskkonnakahjustusi. Uuringud on näidanud, et neid paneele saab kuude jooksul sukeldada ja veega kasutada, ilma et paneelid oleksid märkimisväärselt kahjustatud. Sarnaseid kapseldamismeetodeid saaks kasutada ka optimaalsetest materjalidest valmistatud päikesepaneelide jaoks. ” Nüüd, kui nad on avastanud, mis muudab tõhusad veealused päikesepatareid linnukeseks, plaanivad teadlased optimaalsete materjalide väljatöötamist.
"Siit algab lõbus!" ütleb Röhr. „Oleme juba uurinud kapseldamata orgaanilisi päikeseelemente, mis on vees väga stabiilsed, kuid peame siiski näitama, et neid elemente saab muuta tavapärastest elementidest efektiivsemaks. Arvestades, kui võimekad on meie kolleegid kogu maailmas, oleme kindlad, et näeme neid uusi ja põnevaid päikeseelemente lähiajal turul. ”
