Solpaneler har eksisteret i et stykke tid nu, men materialerne, de er lavet af, gør dem ude af stand til at konvertere mere end cirka en fjerdedel af solens energi til brugbar elektricitet. I henhold til MIT-beregninger har et gennemsnitligt hus i det solrige Arizona stadig brug for ca. 574 kvadratfod med solcellepaneler (hvis man antager ca. 15 procent effektivitet) for at imødekomme dets daglige energibehov. I kølige og gråvinterede Vermont ville det samme hus have 861 kvadratfod. Det er en masse paneler.
Derfor har MIT-forskere eksperimenteret med en helt ny proces til konvertering af sollys - en, der drager fordel af ekstremt høje temperaturer for at øge effektiviteten. Hvis det fungerer i stor skala, kunne vi se meget mere effektive solcellepaneler i de kommende år og muligvis ændre spillet for solenergi.
”Med vores forskning forsøger vi at tackle de grundlæggende begrænsninger i fotovoltaisk energikonvertering, ” siger David Bierman, en af forskerne, der leder projektet.
Teknologien omdanner sollys til varme og konverterer derefter varmen tilbage til lys. Processen bruger en lys koncentrator af slags, der kaldes en "absorber-emitter", med et absorberende lag af solide nanorør af sort kulstof, der omdanner sollys til varme. Når temperaturerne når op til 1.000 grader (så varm som lava fra mange vulkaner, bare for at give dig en idé), sender et udsendende lag, lavet af fotonisk krystal, energien tilbage som den slags lys, som solcellen kan bruge.
Et optisk filter reflekterer alle de lyspartikler, der ikke kan bruges, en proces kaldet "fotonrecirkulation". Dette øger effektiviteten dramatisk, hvilket gør cellerne så meget som dobbelt så effektive som den nuværende standard.
Passende nok kaldes teknologien "varme solceller." Cellerne blev for nylig udnævnt til en af MIT Technology Review 's "10 gennembrudsteknologier fra 2017." Redaktører ved publikationen har samlet denne liste årligt siden 2002. I år har teknologierne, fra hjerneimplantater til selvkørende lastbiler til kameraer, der er i stand til at tage 360-graders selfies, "vil påvirke økonomien og vores politik, forbedre medicinen eller påvirke vores kultur, " ifølge MIT Technology Review . "Nogle udfoldes nu; andre vil tage et årti eller mere at udvikle sig, " siger redaktørerne. "Men du skulle vide om dem alle lige nu."
De sorte carbon nanorør udgør panelets absorber-emitterlag. (MIT) Teknologien er overlegen standard solceller på et meget grundlæggende niveau. Halvledermaterialet i standardceller, som næsten altid er silicium, fanger normalt kun lys fra det violette til det røde spektrum. Dette betyder, at resten af sollysspektret går tabt. På grund af dette grundlæggende problem kan solceller kun omdanne cirka en tredjedel af sollys til energi. Denne øvre grænse, den maksimale teoretiske effektivitet af en solcelle, kaldes Shockley-Queisser-grænsen. Solpaneler, der er lavet til hjemmebrug, konverterer generelt langt mindre end Shockley-Queisser-grænsen, da de mest effektive materialer stadig er ekstremt dyre. Men med de varme solceller kan denne grænse, der er på plads i mere end 50 år, være historie.
På dette tidspunkt har forskere kun en prototype. Det kan gå et årti eller mere, før vi ser disse varme solceller på markedet. Lige nu er materialerne så dyre, at det ville være vanskeligt at omdanne cellerne til paneler af den størrelse, der er nødvendig til kommerciel brug.
”Vi bliver nødt til at løse en lang række problemer i forbindelse med opskalering af enheden for faktisk at generere kræfter, der er nyttige løsninger for mennesker og deres problemer, ” siger Bierman.
Bierman og hans kolleger på projektet, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan og Evelyn N. Wang, er optimistiske for, at de kan overvinde disse grænser. De håber også at finde ud af, hvordan de opbevarer ekstra varme til senere brug. Det kan betyde ren energi på de skyeste vinterdage. Selv i Vermont.
