Znajdź zawartość

Pochodzący z Nepalu 18-letni Milan Karki opracował z czterema kolegami z klasy nowy typ baterii słonecznej z ludzkich włosów. Wg niego, to doskonałe rozwiązanie problemu energetycznego krajów rozwijających się. Włosy miałyby być łatwo dostępnym przewodnikiem. Na początku chciałem zelektryfikować mój dom, potem moją wioskę. Teraz myślę o całym świecie – opowiada chłopak, który chodzi do szkoły w Katmandu. W jego wynalazku kosztowny krzem został zastąpiony włosami, które można zbierać we własnym zakresie bądź we współpracy z lokalnymi fryzjerami. Nepal jest jednym z najsłabiej rozwiniętych i najbiedniejszych krajów świata. Spora część obszarów wiejskich w ogóle nie ma dostępu do prądu, a w tych zelektryfikowanych też jest niewiele lepiej, ponieważ nie można z niego korzystać nawet do 16 godzin na dobę. Wszystko zaczęło się od szkolnego eksperymentu, lecz teraz chłopcy próbują skomercjalizować swoją baterię. Wysłali już kilka egzemplarzy do różnych dystryktów. Panel wytwarza napięcie rzędu 9 woltów, a koszt produkcji jednego to ok. 107 zł. Milan sądzi jednak, że gdyby urządzenia produkowano masowo, można by je sprzedawać o ponad 50% taniej. Oznacza to, że dałoby się je nabyć za ¼ ceny obecnie dostępnych paneli. Pomysł Nepalczyków bazuje na tym, że barwnik włosów, melanina, jest wrażliwy na światło i działa jak przewodnik. Za pomocą baterii słonecznej Milana można naładować choćby telefon komórkowy. Początkowo mieszkańcy jego rodzinnej wioski przyglądali się przedsięwzięciu ze zdziwieniem, a nawet strachem. Wiara w przesądy nie jest tu bowiem wcale taka rzadka. Wierzą w gusła i nie wierzą w naukę, ale teraz zmienili zdanie. Chłopaka zainspirowała książka Stephena Hawkinga, w której opisywał on metody pozyskiwania elektryczności statycznej z włosów. Co ważne, pół kilo włosów wystarcza na kilka miesięcy, a opakowanie baterii zaledwie na parę nocy. Ludzie z łatwością sami wymienią wykorzystane w panelach włosy, przez co nie będą one właściwie wymagać żadnego serwisowania.

Już wkrótce ogniwa słoneczne mogą być nawet dziesięciokrotnie tańsze. Brian Korgel z University of Texas opracował technologię nadrukowywania i namalowywania ogniw słonecznych na dachy i ściany budynków. Może to w dużej mierze zastąpić obecnie wykorzystywane osadzanie w fazie gazowej, co wymaga użycia komory próżniowej i wysokich temperatur. Obecnie stosowane metody pozyskiwania energii słonecznej są drogie, z tego też powodu nie są one w stanie konkurować z paliwami kopalnymi. Największą część wydatków pochłania infrastruktura, dlatego też ważne jest obniżenie jej ceny. Przez ostatnie dwa lata Brian Korgel, we współpracy z kilkoma innymi profesorami, pracował nad nanomateriałami, których można by użyć do produkcji farby zdolnej do pozyskiwania energii z promieni słonecznych. Naukowcy właśnie zaprezentowali tusz, który umożliwia ich drukowanie na plastikach i stali, a więc można będzie wyposażać w ogniwa słoneczne nowo budowane obiekty. Uczeni twierdzą, że już wkrótce będą w stanie stworzyć odpowiednią farbę, którą będziemy mogli używać na już istniejących dachach. Korgel już w 2002 roku założył firmę Innovalight, która oferowała tusze zawierające krzem. Teraz on i jego współpracownicy postanowili wykorzystać tańszy i bardziej obiecujący CIGS (miedź-ind-gal-selen).

Hodowanie i precyzyjne pozycjonowanie na krzemowym podłożu mikroskopijnych kryształów tlenku cynku o kształcie włóczni może zwiększyć wydajność baterii słonecznych. Doktor Jay A. Switzer i jego zespół z Missouri University of Science and Technology poinformowali w piśmie Chemistry of Materials, że ich wynalazek przyczyni się też do stworzenia doskonalszych laserów, źródeł oświetlenia czy urządzeń piezoelektrycznych. Naukowcy zanurzyli kryształ krzemu w alkalicznym roztworze zawierającym jony cynku. Doprowadziło to do porastania krzemu niewielkimi kryształami tlenku cynku o średnicy 100-200 nanometrów i długości 1 mikrometra. Tlenek cynku jest w stanie zarówno absorbować, jak i emitować światło. Tak więc w bateriach słonecznych przydadzą się jego właściwości absorpcyjne, a w laserach - emisyjne. Zarówno tlenek cynku jak i krzem są półprzewodnikami, jednak oba materiały absorbują różne spektrum promieniowania. Krzem dobrze absorbuje podczerwień, a tlenek cynku - ultrafiolet. Łącząc je uzyskujemy ogniwo o szerszym spektrum działania. Inni naukowcy już wcześniej wpadli na pomysł łączenia tych materiałów, jednak nikt nie opracował wystarczająco dobrej metody. Łączenia dokonywano metodami próżniowymi, a ze względu na wysoką reaktywność krzemu nie można było osadzać tlenku cynku bezpośrednio na nim, potrzebny był trzeci materiał, pełniący rolę bufora. Metoda taka jest jednak bardzo droga, a ponadto nie dawała gwarancji precyzyjnego osadzania. Odsetek błędów wynosił aż 40%. Switzer i jego koledzy zauważyli, że należy pochylić kryształy tlenku cynku, by można było je precyzyjnie i bez żadnego bufora osadzać na krzemie. Przy nachyleniu rzędu 51 stopni względem powierzchni krzemu, odsetek błędów został zmniejszony do 0,2%. Precyzja jest konieczna, by osiągnąć dobrą wydajność.

W Journal of Renewable and Sustainable Energy ukazał się artykuł, którego autorzy, naukowcy z University of South Florida, poinformowali o wyprodukowaniu jednych z najmniejszych ogniw słonecznych. Prace nad miniaturowymi urządzeniami prowadzi zespół profesor Xiaomei Jiang. Akademicy uważają, że ich wynalazek pozwoli na opracowanie spreju, który będzie można nanieść na dowolną powierzchnię i pozyskiwać dzięki temu energię ze Słońca. Stworzone na Florydzie ogniwa są czterokrotnie mniejsze od ziarna ryżu. Zostały one stworzone z organicznego polimeru, którego głównymi składnikami są węgiel i wodór. Można je rozpuścić i nałożyć na powierzchnię np. za pomocą specjalnego pistoletu. Profesor Jiang mówi,że możliwe jest też zrobienie z jej ogniw farby nakładanej pędzlem. Naukowcy zaprezentowali 18 ogniw, które razem miały powierzchnię 2,2 centymetra kwadratowego. Były one w stanie wyprodukować energię o napięciu 7,8 wolta i natężeniu 55 mikroamperów. Profesor Jiang uważa, że w ciągu kilku miesięcy uda się wyprodukować ogniwa dostarczające prąd o napięciu 15 woltów.

Nasi zachodni sąsiedzi należą do największych na świecie użytkowników ogniw słonecznych. Naturalną rzeczą jest zatem spore zainteresowanie tamtejszych naukowców technologiami umożliwiającymi pozyskanie energii elektrycznej ze światła. Najnowszym wynalazkiem niemieckic badaczy z Instytutu Fraunhofera jest panel wykonany metodą... sitodruku. Prototypowe ogniwo, mierzące aż 200×60 cm, bazuje na organicznym barwniku wytwarzającym energię elektryczną. Panele te szczególnie dobrze nadają się do instalowania na fasadach budynków - dzięki małym rozmiarom cząstek barwnika są półprzezroczyste, a ponadto mogą mieć różne barwy oraz możliwe jest "drukowanie" na nich napisów i grafik. Ciekawy jest także sam proces nanoszenia substancji wytwarzającej energię. Ponieważ musi być ona hermetycznie zamknięta, naukowcy opracowali metodę wtapiania jej w szyby. Barwnik ma postać szklanego proszku, za pomocą którego panel jest "nadrukowywany", po czym następuje jego podgrzane do temperatury około 600 stopni Celsjusza. Zdaniem twórców ogniw, raczej nie zastąpią one klasycznych technologii ze względu na niską wydajność, sięgającą obecnie czterech procent. Jednak dzięki możliwościom dekoracyjnym, można wykorzystywać w miejscach niedostępnych dla zwykłych paneli słonecznych. Niemcy testują trwałość ogniw. Wiadomo już, że wytrzymują one kilka tysięcy godzin w zmiennych warunkach pogodowych. Obecnie trwają badania długoterminowe.

IBM opracował sposób na wykorzystanie wadliwych plastrów krzemowych w roli ogniw słonecznych. Każdego dnia w fabrykach produkujących układy scalone do kosza wędruje wiele plastrów, na których pojawiły się błędy. Plastry takie były wyrzucane na wysypisko. Można było również usunąć z nich nadrukowane obwody i odsprzedać. Naukowcy IBM-a wymyślili specjalny proces, który umożliwia sprzedaż wadliwych plastrów producentom paneli słonecznych, którzy mogą je wykorzystać. Musimy pamiętać, że wadliwie wyprodukowanego plastra nie można po prostu odsprzedać każdemu chętnemu, gdyż konkurencja, mając w ręku taki gotowy plaster, mogłaby ukraść producentowi jego własność intelektualną. Opracowany przez IBM-a proces pozwala na szybkie usunięcie przez producenta tych elementów, które chce chronić przed wścibskim okiem. IBM na razie nie zdradza szczegółów swojego procesu. Zapewnia jednak, że udostępni wszelkie niezbędne informacje producentom paneli słonecznych. Prace Błękitnego Giganta już zostały nagrodzone prestiżową 2007 Most Valuable Pollution Prevention Award przyznawaną przez Narodową Radę Zapobiegania Zanieczyszczeniom (The National Pollution Prevention Roundtable – NPPR). Dzięki wynalazkowi IBM-a z jednej strony zmniejszy się liczba odpadów, gdyż plastry nie będą trafiały na wysypisko, a jednocześnie powinna spaść cena ogniw słonecznych. Trzeba bowiem pamiętać, że producenci tych ogniw również korzystają z krzemu i konkurują o ten materiał z producentami elektroniki. Wyższy popyt oznacza zwykle wyższą cenę. Teraz, gdy możliwe stało się produkowanie ogniw słonecznych z materiału odpadowego, jakim są wadliwe plastry krzemowe, cena ogniw powinna spaść. Dzięki temu ich zakup stanie się bardziej opłacalny, technologia pozyskiwania energii ze Słońca się rozpowszechni, co z kolei spowoduje zmniejszenie emisji zanieczyszczeń.