"Kuantum uyarlama" akıllı binalara yardımcı olur
İnsanlığın temiz ve yenilenebilir enerjiye olan talebi gittikçe daha acil hale geliyor. Enerji dönüşüm verimliliğini daha da aşmak, "akıllı binalara" yardım etmek ve "Her Şeyin İnterneti Çağı" na doğru ilerlemek bizim için zorunlu.
Yakın zamanda, Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimya Teknolojisi Enstitüsü Fotoelektrik Malzeme Dinamikleri Özel Bölgesi Araştırma Grubundan Wu Kaifeng'in ekibi, nadir bulunan toprak metali iterbiyum katkılı nanokristal malzemelere dayanarak ilk olarak "kuantumla uyarlanmış güneş yoğunlaştırıcıları" konseptini önerdi ve bu konsepte dayanarak, yüksek verimli güneş yoğunlaştırıcılarının bir prototipini hazırladı Cihaz. İlgili sonuçlar Nano Letters'da yayınlandı.
Güneş yoğunlaştırıcı nedir?
Floresan güneş yoğunlaştırıcılar (Lüminesan Güneş Konsantratörleri; LSC'ler) ilk olarak 1976'da W.H. Weber ve arkadaşları tarafından silikon bazlı güneş pillerine düşük maliyetli bir tamamlayıcı olarak önerildi.
Nispeten basit bir yapıya sahip geniş alanlı bir güneş enerjisi yakalama cihazıdır ve bir luminofor kaplanmış veya şeffaf bir alt tabakaya (bir cam plaka vb.) Gömülüdür. Lüminofor, plaka üzerinde meydana gelen güneş fotonlarını soğurduktan sonra fotonlar yayar Substrat ve hava arasındaki kırılma indisindeki farktan dolayı, fotonların yaklaşık% 75'i toplam yansıma moduna girecek ve uyarma için plakanın kenarına doğru dalgalanacaktır. Işık enerjisinin elektriğe dönüştürülmesini sağlamak için güneş pilleri.
Işık konsantrasyonu verimliliği yeterince yüksekse, bir LSC artı kenardaki birkaç güneş pili, işlevsel olarak geniş alanlı bir güneş piline eşdeğerdir ve bu da fotovoltaik üretim maliyetini büyük ölçüde azaltacaktır.
Ek olarak, tam / yarı saydam LSC'ler doğrudan binaların pencere camına entegre edilerek güneş pencereleri haline getirilebilir ve böylece mevcut enerji tüketen binaları enerji açısından yeterli üretim birimlerine dönüştürür.
"Kuantum uyarlamanın" rolü nedir?
Geleneksel LSC'ler, lüminoforun düşük floresan etkinliği (genellikle% 80'den az) ve kendi kendine soğurma kaybı ile sınırlıdır, bu da cihazın dahili optik verimliliğinin genellikle% 60'tan az olmasına neden olur.
Kuantum kesme, yeni bir optik fenomendir.Bu etkiye dayalı malzemeler, bir yüksek enerjili fotonu emebilir ve aynı anda iki düşük enerjili fotonu serbest bırakarak, enerji korunumunun temel fiziksel yasalarını karşılayabilir. Bu nedenle teoride, kromoforun floresans kuantum verimliliği iki katına çıkarılabilir; aynı zamanda emisyon dalga boyu malzeme bandı kenar konumundan çok uzak olduğu için kromoforun kendi kendine absorpsiyon kaybı tamamen bastırılabilir.
"Kuantum özel güneş yoğunlaştırıcı" kavramı önerildi
Kaifeng Wunun araştırma ekibi, kuantum kırpma etkilerine dayanan LSC'lerin teorik olarak% 200 floresan kuantum verimliliğine ulaşırken kendi kendine soğurma kaybını tamamen bastırabileceğini öne sürdü. Bu nedenle, dahili optik verimlilik (int)% 150'lik yeni bir teorik sınır olarak yeniden tanımlanabilir. Araştırma ekibi, nadir toprak metali iterbiyum katkılı CsPbCl3 nanokristallerini sentezledi ve floresans verimliliğinin% 164'e kadar yüksek olduğunu buldu ve tipik kuantum terzilik özelliklerini gösterdi. Kinetik testler, verimli kuantum uyarlama sürecinin pikosaniye düzeyinde gerçekleştiğini göstermektedir.
Prototip kuantuma uyarlanmış LSC'ler hazırlamak için bu tür nanokristalleri kullanarak, cihazın dahili optik verimliliği yaklaşık% 120'dir. Cihazı daha da optimize ederek ve güneş soğurma kapasitesini iyileştirerek, geniş alanlı LSC'lerde% 10'luk harici optik verimliliğin (ext) aşılması beklenmektedir.
Pratik uygulamalar nelerdir?
Araştırma, fotovoltaik maliyetleri düşürme ve akıllı binaları gerçekleştirme alanında geniş uygulama olanaklarına sahip olan "kuantum kesimli güneş yoğunlaştırıcı" konseptini ilk kez ortaya koyuyor.
Örneğin kentleşme sürecinde, kentsel alanlarda güneş pilleri kurmak için mevcut alan azalmaktadır, ancak binaların pencere alanı yeterlidir. Yüksek verimli ve düşük maliyetli LSC çözümleri, tam / yarı saydam güneş pencerelerini gerçekleştirmek için kullanılabilir. Aynı zamanda bu şema, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı sağlamak için enerji açısından yeterli "akıllı ulaşım" a da uygulanabilir.
Ek olarak, LSC'ler seralar alanında da kullanılabilir. Çalışmalar, bitkilerin kırmızı ışığa göre en yüksek fotosentez verimine sahip olduğunu göstermiştir. Bir sera inşa etmek için LSC teknolojisini birleştirmek, elektrik üretirken bitki büyümesini optimize edebilir.
