เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์แล้ว ยังยอดเยี่ยมในการเก็บเกี่ยวแสงแวดล้อมภายในอาคาร ทำให้เป็นแหล่งพลังงานที่ยอดเยี่ยมสำหรับ Internet of Things (IoT) ที่เติบโตอย่างรวดเร็ว นี่คือการค้นพบของนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในสหรัฐอเมริกาและสถาบันแห่งชาติ Tyndall
ที่มหาวิทยาลัยคอร์ก ประเทศไอร์แลนด์ ซึ่งประดิษฐ์เซลล์
CdTe ราคาประหยัดและวัดการตอบสนองของเซลล์แสงอาทิตย์เมื่อสัมผัสกับแสงจากแหล่งต่างๆ รวมไปถึงหลอดไฟ LEDในปัจจุบัน อุปกรณ์ IoT ภายในอาคาร เช่น เซ็นเซอร์ไร้สายมักใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม Ian Mathewsหัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่าเซลล์สุริยะจะดีกว่าเพราะต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่าและมีราคาถูกและง่ายกว่า ในมุมมองของเขา คุณลักษณะเหล่านี้นำเสนอ “โอกาสทางการตลาดที่สำคัญ” สำหรับเซลล์ CdTe โดยเฉพาะ
แต่นักวิจัยแทบไม่ได้ทดสอบประสิทธิภาพในการแปลงแสงโดยรอบ (เช่น จากหลอดไส้ หลอดฟลูออเรสเซนต์ขนาดเล็ก หรือหลอด LED) เป็นพลังงานไฟฟ้า ในทางกลับกัน การศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการผลิตพลังงานแสงในอาคารส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ของคู่แข่ง เช่น ซิลิกอน เซมิคอนดักเตอร์ III-V อุปกรณ์ PV อินทรีย์ และวัสดุเพอร์รอฟสไกต์
CdTe มีข้อได้เปรียบเหนือคู่แข่งหลายประการในแง่นี้ ประการหนึ่ง แถบความถี่อิเล็กทรอนิกส์ 1.4 eV ของมันนั้นเข้ากันได้ดีกว่าสำหรับสเปกตรัมแสงในร่มทั่วไปมากกว่าของซิลิคอน ซึ่งหมายความว่ามันสามารถดูดซับแสงแบบกระจายในระดับต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพจากแหล่งกำเนิดที่ใช้กันทั่วไปในบ้านและสำนักงานที่มีแสงน้อย ประการที่สอง
มีราคาถูกกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่าวัสดุ
Perovskite และ PV อินทรีย์ สุดท้าย กระบวนการที่จำเป็นในการผลิตนั้นค่อนข้างง่ายและรวดเร็ว (เร็วกว่าเทคโนโลยีที่ใช้ซิลิกอนแบบเดิม 10 เท่า) และต้องขอบคุณการค้าขายพลังงานแสงอาทิตย์มานานหลายปี ซึ่งเป็นที่ยอมรับและปรับให้เหมาะสมเช่นกัน
ประสิทธิภาพการเก็บเกี่ยวด้วยแสงสูงในงานของพวกเขา แมทธิวส์และเพื่อนร่วมงานได้ประดิษฐ์เซลล์สุริยะแบบฟิล์มบางบนแก้วโซดาไลม์ราคาประหยัดที่มีจำหน่ายในท้องตลาดด้วยการเคลือบออกไซด์ที่โปร่งใส จากนั้นพวกเขาจึงใส่ชั้นบัฟเฟอร์ MgZnO ชนิด n และชั้น CdSeTe และ CdTe ชนิด p ไว้บนพื้นผิวนี้โดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการระเหิด ขั้นต่อไป พวกเขาทำการเคลือบฟิล์มทั้งแผ่นซึ่งมีความหนาประมาณ 5 ไมครอน โดย CdCl 2เพื่อทำให้ส่วนต่อประสานมีความทึบเช่นเดียวกับข้อบกพร่องของอะตอม ในที่สุด หลังจากเคลือบฟิล์มด้วยทองแดงแล้ว นักวิจัยได้วางอิเล็กโทรดด้านหลังที่เป็นโลหะลงบนฟิล์มและแยกองค์ประกอบออกเป็นเซลล์แต่ละเซลล์
การค้นหาผู้สืบทอดของซิลิกอนเพื่อทดสอบเซลล์ของพวกเขา ทีมงานได้ศึกษาการตอบสนองของเซลล์แสงอาทิตย์เมื่อต้องสัมผัสกับสภาวะการทดสอบพลังงานแสงอาทิตย์มาตรฐาน ตลอดจนแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ มากมาย รวมถึงหลอดไฟ CFL และ LED ภายใต้สเปกตรัมมาตรฐานสากลที่ 1 W/m 2 (AM 1.5G) พวกเขาวัดประสิทธิภาพการเก็บเกี่ยวแสงที่ 10% ในขณะที่อยู่ภายใต้การฉายรังสี LED ระดับต่ำในช่วง 0.2 ถึง 2.9 W/m 2 (คล้ายกับ 100 ถึง 1,000 ลักซ์ ระดับในอาคาร) ประสิทธิภาพถึง 17.1% ซึ่งเป็นค่าสูงสุดที่เคยบันทึกไว้สำหรับอุปกรณ์ CdTe ภายใต้แสงโดยรอบ
ดีในสภาวะที่ไม่เหมาะสมและดีกว่าเซลล์ซิลิกอนอสัณฐาน
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเซลล์ CdTe สามารถทำงานในสภาพแสงแบบกระจาย ดังนั้นจึงผลิตไฟฟ้าได้ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น สภาพอากาศที่มีเมฆมาก แสงสะท้อน และการตั้งค่าภายในอาคาร “ในการทดลองของเรา เราพบว่าพวกมันแปลงไฟ LED เป็นไฟฟ้าได้ดีมาก และดีกว่าเซลล์ซิลิคอนอสัณฐานที่ใช้ในการใช้งานในปัจจุบัน” แมทธิวส์บอกกับPhysics World “ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการชาร์จอุปกรณ์ IoT”
หลังจากนั้นไม่นาน นักวิจัยได้ค้นพบผลึกของแข็งซึ่งโมเลกุลชี้ไปในทิศทางที่เหมือนกัน ทิศทางของโมเลกุลเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้จากขวาไปซ้ายหรือในทางกลับกัน เมื่อสนามไฟฟ้าถูกนำมาใช้ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เป็นแรงบันดาลใจให้ชื่อ แม้จะมีการค้นหามากมาย เฟสของผลึกเหลวที่ทำงานในลักษณะเดียวกันก็พิสูจน์ได้ยาก จนถึงขณะนี้
ลำดับขั้วที่แข็งแกร่งคลาร์กและคณะได้สังเกตเฟสผลึกเหลวนีมาติกของเฟอร์โรอิเล็กทริกในโมเลกุลอินทรีย์ที่เรียกว่า RM743 โมเลกุลนี้ถูกสร้างขึ้นโดยทีมอื่นเมื่อไม่กี่ปีก่อน ในการศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลนี้แสดงเฟสผลึกนีมาติกแบบธรรมดาที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม เมื่อเย็นลง จะมีระยะที่ผิดปกติอีกระยะหนึ่งปรากฏขึ้น และในระยะนี้นักวิจัยในโคโลราโดได้วิเคราะห์โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์แสง
ในระหว่างการตรวจวัด นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อพวกเขาใช้สนามไฟฟ้าอ่อนๆ กับวัสดุ จานสีที่โดดเด่นจะพัฒนาไปที่ขอบของเซลล์ที่มีผลึกเหลว โดยรวมแล้ว ทีมงานพบว่าในระยะนี้ RM734 ตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าได้ดีกว่าผลึกเหลวนีมาติกแบบเดิม 100 ถึง 1,000 เท่า ตามการคำนวณของพวกมัน หมายความว่าโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นผลึกมีลำดับขั้วที่แข็งแกร่ง
นักวิจัยยังพบว่าโดเมนที่แตกต่างกันก่อตัวขึ้นเองตามธรรมชาติในผลึกเหลวเมื่อถูกทำให้เย็นลงจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ามีหย่อมภายในวัสดุที่ดูเหมือนว่าโมเลกุลจะเรียงตัวกัน – จุดเด่นของของเหลวนีมาติกที่เป็นเฟอร์โรอิเล็กทริก” คลาร์กกล่าว น่าแปลกที่การจัดตำแหน่งมีความสม่ำเสมอมากกว่าที่คาดไว้สำหรับของเหลว ซึ่งเอนโทรปีปกครองและควรมีความผิดปกติมากมาย
เมื่อทีมวิเคราะห์ว่าโมเลกุลมีความสอดคล้องกันมากเพียงใดภายในโดเมนเดียว พวกเขา “ตกตะลึง” กับผลลัพธ์ที่ได้ โมเลกุลเกือบทั้งหมดชี้ไปในทิศทางเดียวกัน โดยมีเพียงไม่กี่ตัวที่ชี้ไปในทิศทางที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
AI เพื่อคัดกรองโมเลกุลใหม่ที่มีศักยภาพ
นักวิจัยซึ่งรายงานงานของพวกเขาในPNASกล่าวว่าขณะนี้พวกเขากำลังยุ่งอยู่กับการพยายามทำความเข้าใจกลไกเบื้องหลังการจัดตำแหน่งนี้ “งานของเราชี้ให้เห็นว่ามีของเหลวเฟอร์โรอิเล็กทริกอื่น ๆ ซ่อนอยู่ในสายตา” คลาร์กกล่าว “ตอนนี้มันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเราที่จะขยายกลุ่มโมเลกุลให้กว้างกว่าส่วนน้อย (ประมาณห้า) ที่ซึ่งตอนนี้เป็นที่รู้จักในการแสดงระยะนี้” เขากล่าว
Credit : jogosdojogos.org justsystemsolutions.com jyannamustyle.com katro.info keibairon.net
