출처 : scitechdaily
뉴욕 대학의 연구자들은 수 중에서 햇빛을 이용하고 자율 잠수정 차량에 효율적으로 전력을 공급하는 데 사용될 수있는 유기 및 무기 물질이 많이 간과 될 수 있다고 밝혔다. Joule 저널에 오늘 발표 한 그들의 연구 (2020 년 3 월 18 일)는 다양한 수심에서 최적의 밴드 갭 값에 대한 지침을 개발하여 전통적인 실리콘에 사용 된 협 대역 반도체가 아닌 다양한 광대역 갭 반도체를 보여줍니다. 태양 전지는 수중 사용에 가장 적합합니다.
“지금까지 일반적인 추세는 전통적인 실리콘 셀을 사용하는 것이 었습니다. 실리콘은 많은 양의 적색 및 적외선을 흡수하고 특히 물에서 흡수되기 때문에 상당한 깊이에 도달하면 이상적이지 않습니다. 심층적 인 깊이를 가지고 있습니다.”뉴욕 대학교 탄돈 공학부 (Tandon School of Engineering)의 안드레 D. 테일러 교수의 변형 재료 및 장치 연구실의 박사후 연구원 인 Jason A. Röhr는 말합니다. "우리의 가이드 라인으로보다 최적의 재료를 개발할 수 있습니다."
심해를 탐험하는 데 사용되는 것과 같은 수중 차량은 현재 육상 전력 또는 비효율적 인 온보드 배터리에 의해 제한되어있어 더 먼 거리와 시간에 걸쳐 여행을 방해합니다. 그러나 이미 육지와 우주에서 이륙 한 태양 전지 기술은이 잠수정들에게 더 많은 로밍의 자유를 줄 수 있지만, 물의 세계는 독특한 도전을 제시합니다. 물은 가시 광선 스펙트럼의 대부분을 산란시키고 흡수하여 실리콘 기반 태양 전지가이를 포착 할 기회를 갖기 전에 얕은 깊이에서도 적색 태양 파장을 흡수합니다.
수중 태양 전지를 개발하려는 대부분의 이전의 시도는 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 구성되었으며, 각각은 육지에서 빛을 흡수하는 데 가장 좁은 좁은 밴드 갭을 가지고 있습니다. 그러나, 청색 및 황색 광은 다른 파장이 감소 함에도 불구하고 수심으로 깊숙이 침투하여 기존 태양 전지에서 발견되지 않은 더 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체가 수중 에너지 공급에 더 적합 할 수 있음을 시사한다.
Röhr와 동료들은 수중 태양 전지의 잠재력을보다 잘 이해하기 위해 대서양과 태평양의 가장 맑은 지역에서 탁한 핀란드 호수에 이르는 수역을 평가했다. 위치. 태양 전지는 지구의 가장 깨끗한 수역에서 태양으로부터 50 미터 깊이까지 에너지를 수확하는 것으로 나타 났으며, 쌀쌀한 물은 전지 효율을 더욱 높여줍니다.
연구원들의 계산에 따르면 태양 전지 흡수체는 2 미터 깊이에서 약 1.8 전자 볼트, 깊이 50 미터에서 약 2.4 전자 볼트의 최적 밴드 갭으로 가장 잘 작동 할 것으로 나타났습니다. 이 값은 연구 된 모든 수원에서 일관되게 유지되어 태양 전지가 물 위치가 아닌 특정 작동 깊이에 맞춰질 수 있음을 시사합니다.
Röhr은 저조도 환경에서 잘 작동하는 것으로 알려진 유기 물질로 만든 저렴하게 생산 된 태양 전지와 주기율표에서 3 ~ 5 족 원소로 만든 합금이 심해에 이상적 일 수 있다고 지적했다. 반도체의 물질은 육상에서 사용되는 태양 전지와 다르지만 전반적인 디자인은 비교적 유사하게 유지됩니다.
Röhr는“태양을 채취하는 재료는 바뀌어야하지만 일반적인 디자인은 그다지 많이 바뀌지 않아도됩니다. “지붕에서 볼 수있는 것과 같은 전통적인 실리콘 태양 전지판은 환경에 의한 손상을 방지하기 위해 캡슐화되어 있습니다. 연구에 따르면 이러한 패널은 패널에 심각한 손상을주지 않으면 서 수개월 동안 물에 담그고 작동 할 수 있습니다. 최적의 재료로 만든 새로운 태양 전지판에도 유사한 캡슐화 방법을 사용할 수 있습니다. 연구팀은 효과적인 수중 태양 전지의 진드기를 밝혀낸 후 최적의 재료 개발을 시작할 계획이다.
"여기서 재미가 시작됩니다!" 로어는 말한다. “우리는 이미 물에서 매우 안정적인 캡슐화되지 않은 유기 태양 전지를 조사했지만, 이러한 전지가 기존 전지보다 더 효율적으로 만들어 질 수 있음을 보여줄 필요가 있습니다. 전 세계 동료들이 얼마나 유능한 지에 따라 가까운 시일 내에이 새롭고 신나는 태양 전지를 시장에서 보게 될 것입니다.”
