Солнечные панели квант: Солнечные батареи КВАНТ

Содержание

АО "НПП "Квант" | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

АО "НПП "Квант" | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

Наша компания изготавливает солнечные элементы и батареи


космического и наземного применения

- геостационарные платформы «Сисат», «Экспресс-АМ», «Казсат»


российский сегмент орбитальной станции МКС из модулей «Заря» и «Звезда»

Объем выпуска СБ не менее 400 кв.м. в год панелей космического применения


Односменная работа
Количество операторов не более 16 человек

  • Научно-технический и производственный потенциал

  • Основные направления деятельности

  • 100 — летие      Лидоренко Н.С.

  • Орбита молодежи 2019

  • Космическая фотоэнергетика

    Фотоэлектрические генераторы космического назначения являются основным первичным источником электроэнергии космических аппаратов. Изготавливаются из фотоэлектрических преобразователей, создаваемых на базе ряда полупроводниковых материалов (кремний, арсенид галлия и др.) и располагаются на сетчатой или сотовой подложке.

  • Термоэлектрическое направление

    В этих устройствах используется эффект выделения тепловой энергии при прохождении постоянного тока через полупроводниковые материалы (эффект Пельтье).

  • Наземная фотоэнергетика

    В настоящее время в ОАО НПП «Квант», наряду с работами в области космической фотоэнергетики, ведутся работы по созданию высокоэффективных структур солнечных эле-ментов и модулей на их основе для наземного применения, а также исследования по повыше-нию КПД наземных кремниевых солнечных элементов.

На нашем сайте мы используем cookie для сбора информации технического характера и обрабатываем IP-адрес вашего местоположения. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.ХорошоПодробнее...

АО «Научно-производственное предприятие «Квант». Все права защищены. © 2013-2021 г.

АО "НПП "Квант" | Контакты

Генеральный директор АО «НПП Квант»
Блинов Павел Валерьевич

Приёмная генерального директора
Телефон: +7-(495)687-97-42

Служба по строительству:
Начальник отдела – Супрун Александр Анатольевич
Телефон: +7(495)602-91-17
[email protected]

Отдел управление делами
Начальник отдела управления делами – Петрова Елена Александровна
Телефон: +7(495)602-92-89
Факс: +7(495)687-35-03
[email protected]

Центральная бухгалтерия
Главный бухгалтер – Павловская Юлия Евгеньевна
Телефон: +7(495)687-99-28
[email protected]

Планово-экономический отдел:
Начальник отдела — Соколовская Лидия Ивановна
Телефон: +7(495)602-92-49
[email protected]

Отдел материально-технического снабжения:
Начальник отдела – Смирнов Георгий Алексеевич
Телефон: +7(495)687-35-20
[email protected]

Приемная ОМТС
Телефон: +7(495)602-92-46

Служба материально-технического обеспечения:

Руководитель службы – Форостов Максим Викторович
Телефон: +7(495)687-67-30
[email protected]

Отдел закупок:
Заместитель начальника отдела – Саверский Дмитрий Олегович
Телефон: +7(495)687-96-83
[email protected]

Отдел кадров:
[email protected]

Бюро пропусков:
Начальник бюро – Савостьянова Галина Игоревна
Телефон: +7(495)687-98-49
[email protected]

Отдел антитеррористической защищённости и охраны:
Начальник отдела – Глушков Евгений Викторович
Телефон: +7(495)687-96-30
[email protected]

Отдел информационно-коммуникационных систем и безопасности информации:
Начальник отдела — Сафонов Дмитрий Александрович
Телефон: +7(495)687-27-01
[email protected]

Отдел экономической безопасности и противодействия коррупции:
Начальник отдела – Косинский Вадим Иванович
[email protected]

Служба главного инженера:
Главный инженерИваницкий Михаил Георгиевич


[email protected]

Отдел технического контроля:
Заместитель начальника отдела – Мазурук Юрий Андреевич
Телефон: +7(495)687-98-86
[email protected]

Технологическое отделение:
Главный технолог – Тарасов Владимир Игоревич
[email protected]

Производство №1 (Физические источники тока):
Начальник производства – Сенько Александр Васильевич
[email protected]

Производство №2 (Химические источники тока):
Начальник производства – Дюжилов Александр Владимирович
Телефон: +7(495)687-97-60
[email protected]

 

 

АО «НПП «Квант» - Обзор солнечных панелей российского производства – Ecosun

АО «НПП «Квант» — российское предприятие, которое занимается изготовлением солнечных панелей и электростанций как для бытового или промышленного, так и для космического применения. Помимо этого ассортимент компании включает и немало других технологических элементов. Предлагаем поближе познакомиться с этой компанией, так как она представляет собой одного из самых успешных игроков на российском рынке возобновляемой энергетики.

История появления

История компании «НПП «Квант» началась еще в 1919 году с изготовления батарей и гальванических элементов для нужд Красной Армии.

На протяжении нескольких десятилетий завод, основанный на базе небольшой частной мастерской, снабжал страну автономными источниками электропитания для самых разных областей науки и техники.

В период 1950-1987 г. генеральным директором организации был Николай Лидоренко — талантливый ученый, член Академии наук. Под его началом «Квант» (на тот момент называемый Всесоюзным НИИ источников тока) сильно развился и неоднократно получал ордена за успешный труд.

По состоянию на 2020 год «Квант» тесно сотрудничает с Роскосмосом, разрабатывает и выпускает следующие виды продукции:

  • наземные автономные фотоэлектрические системы, в т.ч. комбинированные разного назначения;
  • солнечные элементы и батареи космического применения;
  • химические одноразовые или многоразовые источники тока;
  • сильноточные и стандартные серебряно-цинковые аккумуляторы для применения в космосе и в море;
  • системы электрического привода для монорельсового и автомобильного транспорта;
  • термоэлектрические кондиционеры для ж/д и метро.

Компания успешно держится на плаву невзирая на все изменения и преобразования в политике, экономике, науке, и это свидетельствует о высоком запасе прочности, накопленном за годы работы.

Солнечные панели наземного применения

Хотя АО «НПП «Квант» по большей части позиционируется как компания, производящая технологические элементы для космоса, также выпускается и достаточно широкий ассортимент высокоэффективных наземных солнечных модулей. Регулярно проводятся исследования с целью дальнейшего повышения эффективности.

На текущий момент, благодаря технологии массового изготовления кремниевых элементов, КПД выпускаемых батарей доходит до 20%, а примерный срок службы устройств — 25 лет.

Примеры выпускаемых компанией модулей и их технические характеристики:

КСМ-180

  • Номинальная мощность — 180-185 Вт
  • Количество солнечных элементов — 72 шт
  • КПД — 17,8 %
  • Применяемые технологии — фотовольтаическое стекло 4 мм толщиной, рама из анодированного алюминия
  • Масса 16 кг

КСМ-205

  • Номинальная мощность — 205-210 Вт
  • Количество солнечных элементов — 72 шт
  • КПД — 19 %
  • Применяемые технологии — фотовольтаическое стекло 4 мм толщиной, рама из анодированного алюминия
  • Масса 16 кг

Солнечная энергетическая установка ФЭС-Тигр

Гибкая складная батарея, удобная для использования в полевых условиях. Способна вырабатывать энергию даже в отсутствие выраженных солнечных лучей. Невосприимчива к механическим повреждениям.

Технические характеристики:

  • Максимальная мощность постоянного тока — 1500 Вт
  • Емкость аккумуляторной батареи — 165 А-ч
  • Напряжение постоянного тока от батареи — 24 В
  • Применяемые технологии — трехкаскадный аморфный кремний

Термоэлектрические кондиционеры

Предназначены для кондиционирования воздуха, контроля и автоматического сохранения комфортной температуры в транспортном средстве.

Выпускаются в двух основных вариациях:

  • БТК (блочные). Основаны на преобразовании электрической энергии в тепловую путем прохождения тока через термоэлектрические батареи, в процессе чего на одной стороне ТЭМ тепло поглощается, на второй выделяется. Если полярность подаваемого тока меняется, то также меняются и стороны поглощения/выделения тепла. Этот показатель позволяет отнести БТК к разряду обратимых машин, что дает возможность обеспечивать нужную температуру в кабине машиниста без дополнительных приборов.
  • КТЛ (локального применения). Основан на аналогичном принципе, но имеет меньшие габариты и предназначен для кондиционирования некоторой локальной зоны.

Сроки службы данных устройств составляют примерно 10 лет. БТК показывают производительность холода и тепла до 4 кВт, КТЛ — до 0,18 Вт.

Другая продукция

«НПП «Квант» также изготавливает полноценные наземные автономные комплексы для производства возобновляемой электроэнергии.

Они включают в себя:

  • Комплекс солнечных элементов;
  • Системы управления и преобразования электроэнергии;
  • Накопительные аккумуляторы;
  • Опорные конструкции.

Комплексы отвечают действующим нормам и требованиям по электромагнитной совместимости электрических сетей и качеству электрической энергии.

В космической энергетике, помимо изготавливаемых «НПП «Квант» высокоэффективных солнечных модулей, используются также аккумуляторные батареи для снабжения специализированной аппаратуры энергопитанием. Используются в том числе для проверки состояния трубопроводов, снабжения комплексных энергетических установок, подпитки внутритрубных инспекционных приборов. Поддерживают до 1000 циклов заряда и разряда.

Заключение

Выпускаемая заводом продукция положительно зарекомендовала себя в крупной и средней промышленности, а также в бытовых условиях (для организации домашних небольших электростанций). Внушительный срок работы предприятия (более 100 лет) и неизменная востребованность в сфере возобновляемой энергии говорят о том, что «Квант» занимает уверенное место в списке лидеров по России.

Квант (производитель автономной энергетики)

                                     

1. История.

(History)

На основе 31 январь 1919 года в соответствии с решением Главного военно-инженерного управления Красной Армии, в качестве мастерской стихий на разработке и производстве гальванических элементов и батарей.

1926 год – часть Всесоюзного батареи треста ВСНХ СССР, организованная Московским заводом стихий.

1946 год – организован Всесоюзный научно-исследовательский элемент-электроугольных институт NYEEI, в короткие сроки специалистами института создана серия источников питания для электронных средств связи.

1957 год – NIAEI был переименован во Всесоюзный научно-исследовательский институт источников тока ВНИИТ.

1961 (Год 1961), 17 июня – Указом Президиума Верховного Совета СССР за успешное выполнение заданий правительства по созданию специальной техники ВНИИТ награжден орденом Трудового Красного Знамени.

1961 (Год 1961) – Москва элемент, завод переведен на ВНИИТ в качестве тест-растения в будущем завод "Фотон".

1976 год – на основе Всесоюзного научно-исследовательского, конструкторского и технологического института источников тока ВНИИТ, завод "Фотон" и 16 ВНИИТ филиалов, расположенных в различных городах СССР, было образовано НПО "Квант".

1982 (Год 1982), 8 февраля – Указом Президиума Верховного Совета СССР За заслуги в развитии космических кораблей и станций, подготовке и осуществлении космических полетов, НПО "Квант" награжден орденом Ленина.

1991 (Год 1991) – создана Государственная научно-производственное объединение "Квант" в состав ВНИИТ и завода "Фотон" ГНПП "Квант".

1998 (Год 1998) – ГНПП "Квант" передан российским авиационно-космическим агентством.

1999 (Год 1999) – ГНПП "Квант" переименовано в ФГУП "АЭС "Квант"

2007 год - ФГУП "НПП "Квант" было преобразовано в ОАО "НПП "Квант"

2015 - АО "НПП "Квант"

Солнечные батареи и солнечные коллекторы

Исследователи из Стэнфорда — иногда хранить зеленое электричество просто не имеет смысла

В теории, тратить энергию вхолостую это всегда плохо. Но на практике, жизнь состоит из компромиссов, ведь в некоторых ситуациях иногда лучше и вовсе не вырабатывать а то и потерять выработанную энергию. читать дальше »

Всемирная добыча солнечной энергии в 2012 году достигла уровня в 100 000 мегаватт

В 2012 году во всем мире, суммарно было введено в эксплуатацию 31 100 мегаватт мощностей систем фотовольтаики, что стало небывалым рекордом за всю историю существования солнечной энергетики и привело нас к тому, что ежегодный глобальный потенциал солнечной энергетики стал превышать 100 000 мегаватт. читать дальше »

Перспективы солнечной энергетики

НПП "Квант" — ведущее предприятие в области создания средств автономной энергетики в России и за рубежом, решившее первыми в мире задачу энергетического обеспечения космических полетов. Основным направлением деятельности НПП "Квант" является разработка методов прямого преобразования различных видов энергии (химической, солнечной, тепловой) в электричество и создание на их основе автономных источников электропитания, широко используемых в космосе, в различных областях наземного производства и специальной технике. Наш корреспондент беседует с генеральным директором НПП КВАНТ Плехановым С.И. AEnergy: Сергей Иванович, в мире бушуют экономические кризисы. ... читать дальше »

Комплектующие бытовой электросети на основе солнечных батарей

Если вы задумали обеспечить свой дом электроэнергией, полученной при помощи солнечных батарей, то вам необходимо понимать, что кроме самих батарей вам понадобятся некоторые дополнительные приборы и комплектующие. Основными узлами в данной системе будут источники электричества и накопители (точно так же, как в случае с ветрогенераторами). Остальные приборы можно отнести к разряду вспомогательных, но также очень важных. читать дальше »

Пластиковая фотовольтаика – мифы или реальность

В зависимости от особенностей используемого сырья фотоэлектрические преобразователи могут иметь неорганическую и органическую природу происхождения. Наиболее распространены солнечные батареи из неорганического сырья, которые изготавливают из кремния, арсенида галлия и других неорганических соединений. Органические солнечные элементы изготавливают из органических веществ. Главная проблема традиционной неорганической фотовольтаики – высокая цена за 1 Вт (пиковый) установленной мощности. В настоящее время, себестоимость 1 Вт солнечной энергетики составляет 2,5-3 долл./Вт. И хотя эта цена стабильно снижается по мере роста производства поликристаллического и монокристаллического кремния (с 1980 г. ... читать дальше »

Установка фотоэлектрических модулей. Практические советы

Настоящим материалом мы открываем цикл статей – практических советов по установке фотоэлектрических модулей (солнечных батарей). Могут ли фотоэлектрические модули (солнечные батареи) быть установлены на крыше моего дома? Какие факторы нужно учитывать? Наиболее важные вопросы для принятия положительного решения по размещению фотоэлектрических элементов следующие: - Есть ли подходящее место на здании, где солнечные батареи могут быть установлены? - Имеется ли тип фотоэлектрической системы, который годится для ваших условий (с учётом климата, типа здания и т.д.)? - Требуется ли разрешение на установку солнечных батарей? Фотоэлектрические модули ... читать дальше »

Новые технологи использования солнечной энергии

Очевидная на сегодняшний день тенденция к снижению воздействия на окружающую среду, а также боязнь истощения природных ресурсов возобновили в научном мире утраченный прежде интерес к альтернативным источникам питания и к разработке отвечающих времени решений в области солнечной энергии. CSP У большинства людей на сегодняшний день солнечная энергия ассоциируется с блестящими черными панелями (фотогальванические элементами), установленными на крыше, поглощающими солнечную энергию и преобразующими ее в электричество. Но такие панели на крышах жилых домов встречаются довольно редко, не в последнюю очередь из-за чрезмерно высоких ... читать дальше »

Как приручить Солнце

История солнечной энергетики началась 55 лет назад с запуском третьего спутника Земли, на котором были установлены экспериментальные солнечные батареи. Сегодня все космические аппараты и корабли используют бесперебойную энергию Солнца. Ученые уже думают о создании гелиостанции на орбите.

Орбитальная гелиостанция, размеры солнечных батарей — километры. Вырабатываемая энергия – тераватты, она передается на Землю лазерным лучом. Миру больше не нужны земные энергоресурсы, главный источник – Солнце.

Наше Солнце – огромный термоядерный реактор. Каждую секунду оно выделяет гигантское количество энергии. До Земли доходит лишь малая часть. Но даже если эту энергию равномерно распределить по поверхности нашей планеты, как подсчитали ученые, получится на один квадратный метр 1,7 кВт — как раз, чтобы вскипятить чайник.

Впервые построить гелиостанцию в космосе предложил американский ученый Питер Глэйзер. Тридцать лет назад идею не оценили. Сегодня, когда ежедневно на планете рождается 250 тысяч землян, а через семь лет число жителей увеличится на треть, проблема альтернативных источников энергии неизбежна. Запасы углеводородов иссякают.

На Международной космической станции все системы работают от солнечных батарей. Яркий пример как человек может обходиться без нефти и газа: разогреть еду, провести эксперименты и связаться с Землей можно и с помощью энергии Солнца.

Площадь солнечных батарей МКС – это восемь баскетбольных площадок. Пока станция находится на солнечной стороне, батареи генерируют энергию, как только МКС заходит в тень Земли, включаются аккумуляторы, которые заряжаются Солнцем.

Все системы на станции работают непрерывно, от этого зависит жизнь космонавтов. И хотя Солнце – неисчерпаемый источник энергии, в космосе тоже приходится экономить электроэнергию.

"Есть такие режимы, например, "стыковка" или "ВКД", когда солнечные батареи должны останавливаться. Если экипаж на "ВКД" проходит мимо солнечных батарей – они не имеют права вращаться. Понятно, что мощность падает и нужно ее экономить", — рассказала руководитель группы обеспечения систем электропитания МКС Галина Лифанова.

История солнечной энергетики начинается с истории покорения космоса. В 1958 году третий искусственный спутник земли впервые питался энергией Солнца. "Тогда это были батареи экспериментальные, энергопитание спутника было от аккумуляторов. Они носили исследовательский характер, но, тем не менее, продемонстрировали сам принцип – Солнце дает электричество на борт космического аппарата", — отметил гендиректор НПП "Квант" Сергей Плеханов.

Это готовые солнечные батареи для спутников связи "Ямал" и "Экспресс АТ1", который будет транслировать сочинскую Олимпиаду. Сборка панелей — кропотливый труд, тысяча пластин, толщиной меньше миллиметра, как лезвие бритвы. Каждая пластина-продукт штучный. Проверяют по несколько раз: на брак, на светочувствительность.

Итоговая проверка в темной комнате перед финальной сборкой: мощный свет, имитация Солнца. Перед вспышкой просят закрыть глаза, можно ослепнуть. Солнечная энергетика развивается быстро. Еще недавно КПД солнечных батарей на основе кремния был 14 процентов. После революционных нововведений арсенида галлия солнечные батареи стали конкурентами атомных электростанций.

Главный конструктор НПП "Квант" Марлен Каган: "Сорок лет подряд это были кремниевые батареи. Десять лет назад произошла революция, и мир перешел на каскадный арсенид галлия, у которого гораздо больший срок службы".

Фотопреобразователь состоит из тончайших слоев арсенида галлия. Свет, падая на каждый слой, преобразовывается в энергию. Получается, чем больше слоев, тем больше энергии. Пока их только три на пластине, но можно делать и больше. Но это — грядущее, тогда солнечным батареям уже не будет равных.

Сейчас на орбите все современные спутники с батареями из арсенида галлия. Они легкие, и гарантия — 15 лет бесперебойной работы.

"Для космоса важна энергоэффективность, максимум мощности на единицу массы. Все этому подчинено. Солнечная батарея для "Ямала 401" суммарной площадью более 60 квадратных метров, 20 кВт. То есть, большая электростанция для спутника", — отметил Сергей Плеханов.

Пока такие солнечные панели – вещь дорогостоящая. Создатели бьются за снижение стоимости, конкуренция высока. Практики уверяют, что еще лет пять, и гелиостанция на орбите может стать вполне реальным проектом.

Главный конструктор НПП "Квант"Марлен Каган: "Например, чтобы полететь к Марсу, надо в околоземном пространстве развернуть опорную электростанцию, мощность которой равна 6-7 мегаватт. Это очень большие солнечные батареи".

В середине прошлого столетия советский астрофизик, основатель радиоастрономии Иосиф Шкловский предположил, что наивысшей степени развития цивилизация достигнет тогда, когда освоит энергетику целой галактики. Однако вначале мы должны приручить Солнце.

Станция «МИР» — десятилетие на орбите » Архив Авиапанорамы

1 — «Прогресс М»
2- «РАПАН»
3 — Базовый блок
4 — «СОФОРА»
5 — ВДУ
6 — «ПРИРОДА»
7 — «КВАНТ-2»
8 — «СОЮЗ-ТМ»
9 — Стыковочный отсек
10 — «КРИСТАЛЛ»
11 — «СПЕКТР»
12 — «КВАНТ»

Станция «Мир» имеет ряд принципиальных особенностей, характеризующих новое поколение орбитальных пилотируемых комплексов. Главным из них следует назвать реализованный в ней принцип модульности. Это относится не только ко всему комплексу в целом, но и к отдельным его частям и бортовым системам. Головным разработчиком «Мира» является РКК «Энергия» им. С.П.Королева, разработчик и изготовитель базового блока и модулей станции — ГКНПЦ им. М.В.Хруничева. За годы эксплуатации в состав комплекса дополнительно к базовому блоку введены пять крупных модулей и специальный стыковочный отсек с усовершенствованными стыковочными агрегатами андрогинного типа. В нынешнем году комплектация орбитального комплекса завершена. Из чего же он состоит?

Базовый блок (выведен на орбиту 20 февраля 1986г.). Этот «фундамент» станции по габаритам и облику подобен орбитальным станциям серии «Салют». Основу составляет герметичный рабочий отсек. Здесь расположен центральный пост управления, средства связи. Комфорт для экипажа обеспечивается двумя индивидуальными каютами и общей кают-компанией с рабочим столом, устройствами для подогрева воды и пищи. Рядом размещены беговая дорожка и велоэргометр. В стенку корпуса вмонтирована портативная шлюзовая камера. На наружной поверхности рабочего отсека размещены две поворотные панели солнечных батарей и неподвижная третья, смонтированная космонавтами в ходе полета.

Перед рабочим отсеком — герметичный переходный отсек, способный служить шлюзом для выхода в открытый космос. Он имеет пять стыковочных портов для соединения с транспортными кораблями и научными модулями. За рабочим отсеком — негерметичный агрегатный отсек. В нем — двигательная установка с топливными баками. Посередине отсека — герметичная переходная камера, оканчивающаяся стыковочным узлом, к которому в ходе полета был подсоединен модуль «Квант». Снаружи агрегатного отсека на поворотной штанге установлена остронаправленная антенна, обеспечивающая связь через спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите.

«Квант» (пристыкован 9 апреля 1987 г.). Конструктивно представляет собой единый гермоотсек с двумя люками, один из которых является рабочим портом для приема транспортных кораблей. Вокруг него расположен комплекс астрофизических приборов, преимущественно для исследования недоступных наблюдениям с Земли рентгеновских источников. На наружной поверхности космонавтами смонтированы два узла крепления поворотных многоразовых солнечных батарей, а также рабочая площадка, на которой ведется монтаж крупногабаритных ферм. На конце одной из них размещена выносная двигательная установка (ВДУ).

«Квант-2» (пристыкован 6 декабря 1989 г.). Этот блок называют также модулем дооснащения, поскольку в нем сосредоточено значительное количество оборудования, необходимого для работы систем жизнеобеспечения станции и создания дополнительного комфорта ее обитателям. В частности, шлюзовой отсек используется как хранилище скафандров и в качестве ангара для автономного средства перемещения космонавта.

«Кристалл» (пристыкован 10 июня 1990 г.). В модуле размещено преимущественно научное и технологическое оборудование для исследования процессов получения новых материалов в условиях невесомости (микрогравитации). Кроме того, установлены два узла андрогинно-периферийного типа, один их которых соединен со стыковочным отсеком, а другой — свободен. На наружной поверхности — две поворотные многоразовые солнечные батареи (обе будут перенесены на модуль «Квант»).

«Спектр» (пристыкован 1 июня 1995 г.). Аппаратура модуля позволяет вести экологический мониторинг атмосферы, океана, земной поверхности, медико-биологические исследования и др. Для вынесения экспериментальных образцов на наружную поверхность запланирована установка копирующего манипулятора «Пеликан», работающего совместно со шлюзовой камерой. Установлены четыре поворотные солнечные батареи.

Стыковочный отсек (пристыкован 15 ноября 1995 г.). Этот сравнительно небольшой модуль создан специально для стыковки корабля «Атлантис», и доставлен на «Мир» американским «Спейс шаттлом».

«Природа» (пристыкован 26 апреля 1996 г.). В этом блоке сконцентрированы приборы высокоточного наблюдения за земной поверхностью в различных диапазонах спектра. В состав модуля включено также около тонны американского оборудования для изучения поведения человека в длительном космическом полете.

«Союз ТМ». Американские корабли «Спейс шаттл» имеют продолжительность автономного полета две недели, поэтому только «Союзы» могут обеспечить безопасность экипажа в длительной экспедиции. К портам «Мира» могут быть пристыкованы до трех таких кораблей одновременно.

«Прогресс М». Ежегодно пять — шесть грузовых кораблей доставляют около 2,5 т грузов каждый. Их бортовые системы аналогичны таким же у пилотируемого корабля, а вместо спускаемого аппарата устанавливается отсек для доставки топлива на станцию.

«Радуга». Портативная капсула для спуска на Землю 150 кг «скоропортящихся» результатов исследований.

Постоянное совершенствование медико-биологического обеспечения полетов, дополетной подготовки и послеполетной реабилитации позволило регулярно наращивать продолжительность полета космонавтов. Установлены ряд абсолютных мировых рекордов, в том числе — 438 сут. для мужчин и 169 сут. — для женщин. Присутствие человека — важнейший фактор высокой эффективности станции «Мир» — космического исследовательского полигона. Испытания разнообразных объектов экипажем станции в реальных условиях космического пространства обходятся многократно дешевле, чем рутинный путь проб и ошибок на Земле.

Какую конкретно выгоду дает этот подход, очень сложно оценить в деньгах, но он позволяет получать новые знания, отрабатывать технологии и конструкции, которые затем будут применяться на автоматических космических аппаратах. В прошлом году эксплуатация «Мира» обошлась приблизительно в 200 млн долл., такую же сумму предполагается израсходовать в 1996-м. Некоторая часть затрат возмещается за счет участия в полетах иностранных астронавтов, размещения на борту приборов и проведения исследований по программам других государств. Например, пребывание на орбите одного астронавта приносит около 12 млн долл. Конечно, эти средства не покрывают всех издержек, но помогают расплачиваться за уже проведенные работы, так как бюджетные деньги, причем далеко не все, РКК «Энергия» получает обычно в конце года.

Несмотря на то, что величина проектного гарантированного ресурса станции превышена более чем в три раза, актуальность вопроса о продолжении ее эксплуатации все возрастает. Эффективность ремонтно-профилактических работ, прибытие дооснащенного дополнительными солнечными батареями «Спектра», а затем и стыковочного отсека с двумя многоразовыми батареями, позволили существенно повысить «запас прочности» бортовых систем. Это дает уверенность в возможности поддержания работоспособности «Мира» еще несколько лет.

По материалам РКК «Энергия» им. С.П.Королева

26th Декабрь 1996 9:02. Категория 01, Эксплуатация Ремонт Просмотров: 1376   

солнечных элементов на квантовых точках появятся

Солнечный элемент с квантовыми точками (QDSC) - это солнечный элемент, в котором квантовые точки используются в качестве очаровательного фотоэлектрического материала. Он используется для замены объемных материалов, таких как кремний или селенид галлия, индия или меди.

Лен Кальдероне для | AltEnergyMag

Рынок солнечной фотоэлектрической энергии - один из наиболее быстро развивающихся рынков энергии в мире.К 2030 году солнечная энергетика вырастет в 10 раз. Для успеха солнечной энергетики требуется новая технология, которая может обеспечить превосходную эффективность и снизить затраты по сравнению со стандартными кремниевыми фотоэлектрическими панелями. Солнечные элементы на квантовых точках могут быть такой технологией.

Солнечный элемент с квантовыми точками (QDSC) - это солнечный элемент, в котором квантовые точки используются в качестве привлекательного фотоэлектрического материала. Он используется для замены объемных материалов, таких как кремний или селенид галлия, индия или меди.Квантовые точки имеют ширину запрещенной зоны, которую можно регулировать по широкому спектру уровней энергии, изменяя размер точек.

Новый тип квантовой точки может привести к более дешевым солнечным элементам и лучшей спутниковой связи (Изображение: Университет Торонто)

Квантовые точки считаются искусственными атомами. Их уровни энергии можно регулировать, изменяя их размер, что, в свою очередь, определяет ширину запрещенной зоны. Точки можно выращивать в различных размерах, что позволяет отображать различные запрещенные зоны без изменения основного материала или конструкции.Калибровка достигается изменением продолжительности плавления или температуры.

Поскольку ширину запрещенной зоны квантовых точек можно регулировать, квантовые точки желательны для солнечных элементов. Частоты в дальнем инфракрасном диапазоне, которые обычно трудно достичь с помощью традиционных солнечных элементов, могут быть получены с использованием коллоидных квантовых точек сульфида свинца. Половина солнечной энергии, достигающей Земли, приходится на инфракрасный диапазон. Солнечный элемент с квантовыми точками делает инфракрасную энергию такой же доступной, как и любая другая.

Исследователи из Университета им.Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США показала, что нанотехнологии могут значительно увеличить количество электроэнергии, производимой солнечными элементами. Крошечные нанокристаллы, также известные как квантовые точки, выделяют до трех электронов из одного фотона солнечного света высокой энергии. Когда современные фотоэлектрические солнечные элементы поглощают фотон солнечного света, энергия преобразуется максимум в один электрон, а оставшаяся энергия теряется в виде тепла.

Солнечные элементы на квантовых точках могут использоваться в качестве солнечных или фотоэлектрических элементов, которые уменьшают ненужное тепло и используют количество солнечной энергии, которая преобразуется в электричество.Это важно для того, чтобы солнечная энергия стала более конкурентоспособной по стоимости по сравнению с традиционными источниками энергии.

Существующие солнечные элементы имеют КПД преобразования до 33%, но производственные солнечные элементы, устанавливаемые на крышах, в среднем имеют гораздо более низкий КПД. Следовательно, если бы солнечные элементы с квантовыми точками можно было производить дешево, они были бы по крайней мере в три раза более эффективными, чем существующие производимые солнечные элементы. Солнечные элементы на основе квантовых точек могут преобразовывать более 65 процентов солнечной энергии в электричество.

Устройство и работа солнечного элемента на квантовых точках

Квантовые точки приобретают избыточную энергию фотонов, которая обычно теряется на тепловыделение в процессе, называемом генерацией множественных экситонов. Световые лучи проходят через прозрачный электрод солнечного элемента с квантовыми точками на светопоглощающий слой точек, чтобы генерировать пары электронных дырок. Затем заряженные частицы разделяются и в конечном итоге перемещаются к своим электродам, производя электрический ток.

Ниже приведены преимущества солнечных элементов с квантовыми точками. У них хорошее соотношение мощности и веса при высоком КПД. Экономия массы и площади, а также гибкость приводят к миниатюризации. Их энергопотребление невелико. Повышение электрических характеристик при низких производственных затратах. Их применение универсально, и их можно использовать в окнах, а не только на крышах.

Есть некоторые недостатки QDSC. Солнечные элементы с квантовыми точками на основе селенида кадмия очень токсичны по своей природе и требуют очень стабильной полимерной оболочки.Известно, что ионы кадмия и селена, которые используются в ядре квантовых точек, являются цитотоксичными. Метаболизм и деградация квантовых точек в организме человека до сих пор в основном неизвестны, и исследования показали, что квантовые точки накапливаются в почках, селезенке и печени.

В водных и УФ-условиях разложение увеличивается. Частицы не обладают высокой степенью кристалличности, наблюдаемой в квантовых точках, полученных органическим путем, но этот процесс проще, дешевле и более воспроизводим, чем органический синтез.

Квантовые точки имеют преимущества перед органическими красителями, но квантовые точки могут иметь поверхностные дефекты, которые могут влиять на рекомбинацию электронов и дырок, выполняя роль временных ловушек. Исследователям необходимо было понять, почему заряды оказались в ловушке материала. Ловушки возникают из-за того, как обработка поверхности влияет на материал. Ключевым фактором является распределение с хорошо контролируемым соотношением элементов. Электроны будут счастливы, когда распределение будет правильным.

Ловушки приводят к миганию квантовых точек и ухудшают квантовый выход, который представляет собой отношение производства к поглощению.Эффект мерцания можно уменьшить, если вокруг ядра будет оболочка, но оболочки могут изменять оптические свойства, и размер частиц трудно регулировать.

При размещении в живых клетках квантовые точки демонстрируют агрегацию, которая может мешать функционированию клеток, что может быть уничтожено в процессе доставки. Хотя квантовые точки находятся в нанометровом диапазоне, биоконъюгация с различными молекулами увеличит размер точек, что сделает доставку в клетки более проблематичной.

Ширина запрещенной зоны квантовых точек может быть изменена путем изменения их размера или состава. В системе из одного материала ширина запрещенной зоны может регулироваться от видимого до инфракрасного диапазона. Квантовые точки обрабатываются из решения, которое соответствует высокопроизводительным и экономичным технологиям обработки рулонов. Этот процесс снизит дорогостоящее вакуумное напыление, снизит вес ячейки и модуля и связанные с этим затраты.

Еще многое предстоит сделать, прежде чем солнечные элементы с квантовыми точками будут представлены на коммерческой основе, но потенциал велик.Сделан огромный шаг вперед; и в ближайшие годы есть уверенность в том, что солнечные элементы на квантовых точках обеспечат эффективный и стабильный метод использования солнечной энергии.

Использование квантовых точек становится все более широким, поскольку все больше узнается о том, как они работают и об их отличительных свойствах. Технология солнечных элементов развивается быстро, и солнечные элементы, использующие квантовые точки, рассматриваются как обнадеживающее решение на будущее.

Для доп. Информации:

  1. https: // www.Cornellcollege.edu/physics-and-engineering/pdfs/phy-312/colins-fungura-zasada.pdf

  2. http://www.natcoresolar.com/core/wp-content/uploads/2014/04/Solar-cells-and-Quantum-Dots.pdf

Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения AltEnergyMag

Комментарии (0)

У этой записи нет комментариев.Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.


Опубликовать комментарий

Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии. Авторизуйтесь сейчас.

Рекомендуемый продукт

Вы открыли для себя оптимизацию SMA ShadeFix?

Недавнее университетское исследование показало, что оптимизация SMA ShadeFix дает больше энергии, чем традиционные оптимизаторы.В нем также используется гораздо меньше компонентов, что снижает необходимость в дорогостоящих посещениях для обслуживания. Системы с оптимизацией ShadeFix и устройствами отключения, сертифицированными SunSpec, являются идеальным решением для жилых и коммерческих фотоэлектрических систем. Посетите веб-сайт SMA, чтобы узнать больше и загрузить технический документ.

Мировой рекорд эффективности солнечных батарей с квантовыми точками

Команда Университета Квинсленда разработала солнечные элементы с квантовыми точками, которые можно превратить в тонкие гибкие пленки и использовать для выработки электричества даже в условиях низкой освещенности.Кредит: UQ

.

Новый мировой рекорд по преобразованию солнечной энергии в электричество с помощью квантовых точек.

Разработка технологии солнечной энергии следующего поколения, которая потенциально может использоваться в качестве гибкой «кожи» на твердых поверхностях, продвинулась на шаг вперед благодаря значительному прорыву в Университете Квинсленда.

Исследователи

UQ установили мировой рекорд по преобразованию солнечной энергии в электричество с помощью крошечных наночастиц, называемых «квантовыми точками», которые пропускают электроны между собой и генерируют электрический ток при воздействии солнечной энергии в устройстве солнечных элементов.

Разработка представляет собой значительный шаг к тому, чтобы сделать технологию коммерчески жизнеспособной и поддержать глобальные цели в области возобновляемых источников энергии.

Профессор Ляньчжоу Ван, который возглавлял этот прорыв, сказал, что в традиционных солнечных технологиях используются жесткие и дорогие материалы. «Новый класс квантовых точек, разработанный университетом, является гибким и пригодным для печати», - сказал он. «Это открывает огромный спектр потенциальных применений, включая возможность использовать его в качестве прозрачной оболочки для питания автомобилей, самолетов, домов и носимых устройств.

«В конечном итоге это может сыграть важную роль в достижении цели Организации Объединенных Наций по увеличению доли возобновляемых источников энергии в глобальном энергетическом балансе».

Команда профессора Вана установила мировой рекорд эффективности солнечных элементов с квантовыми точками, разработав уникальную стратегию инженерии поверхностей.

Преодоление предыдущих проблем, связанных с тем, что поверхность квантовых точек, как правило, шероховатая и нестабильная, что делает их менее эффективными при преобразовании солнечного света в электрический ток.

Исследовательская группа Слева направо - профессор Ляньчжоу Ван, Шаньшань Дин, Мэнмэн Хао, доктор Ян Бай. Кредит: UQ

.

«Это новое поколение квантовых точек совместимо с более доступными и крупномасштабными технологиями печати», - сказал профессор Ван. «Повышение эффективности почти на 25 процентов, которого мы достигли по сравнению с предыдущим мировым рекордом, очень важно. Фактически в этом заключается разница между технологией солнечных элементов с квантовыми точками, которая является захватывающей «перспективой» и коммерчески жизнеспособной.”

Вице-канцлер и президент Университета Квинсленда профессор Питер Хёй А.С. поздравил команду UQ.

«Миру необходимо быстро сократить выбросы углерода, а это требует от нас гораздо больших инвестиций в исследования, направленные на улучшение существующих технологий производства энергии и разработку совершенно новых», - сказал профессор Хёй.

«Использование возможностей фундаментальных технологических и научных исследований - важная часть этого процесса, и именно на этом мы сосредоточены в UQ.”

Ссылка: «

Работа финансировалась программами Discovery Австралийского исследовательского совета в сотрудничестве с рядом коллег как в Австралии, так и за рубежом.

Разработка квантового скачка в солнечной энергии

За последние 25 лет серия постепенных улучшений фотоэлектрических элементов повысила уровень эффективности примерно с 15 процентов в начале 80-х годов до 20 процентов сегодня. Однако после того, как недавние исследования в Mines помогли подтвердить эффективность квантовых точек, ученые считают, что эта новая технология может повысить эффективность до 40 процентов в течение следующих 10 лет.

Взгляните на солнечную батарею в солнечный день в Колорадо, и, если вы похожи на большинство людей, вы не увидите ничего, кроме ослепляющего света. Марк Ласк видит упущенную возможность.

«Я вижу этот яркий свет и чувствую, насколько горячими становятся панели на моей крыше, и говорю:« Какая трата! Мы теряем энергию! »- говорит Ласк, профессор физики шахт и исследователь солнечной энергии, который признается, что проверял свои панели и их выходную мощность больше, чем другие. В ясный день, объясняет он, только часть фотонов, попадающих на фотоэлектрические элементы на его крыше, преобразуется в электричество, остальные отражаются в виде света или теряются в виде тепла.В пасмурный день или с приближением сумерек длинноволновых частиц света с низкой энергией едва ли достаточно, чтобы вообще произвести какой-либо сок. В среднем только 20 процентов солнечных лучей фактически преобразуется в энергию в современном солнечном элементе.

«Что касается эффективности, здесь есть много возможностей для улучшения», - говорит он.

Опираясь на шестилетний грант в размере 12 миллионов долларов от Национального научного фонда, Ласк и его коллеги из Научно-инженерного центра возобновляемых источников энергии (REMRSEC) потратили последние четыре года на повышение этой эффективности за счет сложного слияния нанотехнологии, квантовая физика и вычислительное волшебство, известное как «экситонная инженерия».’

Зарождающиеся и противоречивые полевые петли на манипуляции «экситонов,» сочетание возбужденного электрона и дырки, из которого она смещена от входящего фотона. В обычных фотоэлектрических элементах обмен обычно происходит один на один; при ударе фотон создает экситон, который посылает высокоэнергетический электрон в электрическую цепь.

Марк Ласк, физик-теоретик и профессор шахтного дела, считает, что солнечные панели могут стать вдвое эффективнее в течение следующего десятилетия.

Однако, используя наноразмерные светопоглощающие частицы, называемые «квантовыми точками», исследователи полагают, что они могут создать микросреду, в которой экситоны, которые большую часть дня поглощают значительно больше энергии, чем необходимо для получения всего одного электрона. в электрическую цепь, делятся избыточной энергией, вытесняя другие электроны, чтобы создать больше экситонов. Теперь ученые считают, что этот подход, получивший название генерации множественных экситонов (МЭГ), может более чем вдвое увеличить количество электроэнергии, преобразуемой при сильном солнечном свете в безоблачные дни.

Наряду с выяснением того, как получить больше электричества из сильного солнечного света, Ласк также изучает параллельную технологию, которая могла бы лучше использовать слабый солнечный свет в пасмурные дни, когда фотоны с меньшей энергией производят экситоны, у которых отсутствует застежка-молния, необходимая для создания необходимого напряжения. . Используя нестандартную молекулярную конструкцию, называемую объединением энергии, он считает, что они могут уговорить несколько более слабых экситонов объединить свою энергию в меньшее количество экситонов более высоких энергий, создав полезный ток.

«Люди часто думают о квантовой механике как о сверхъестественной науке», - говорит Ласк, сидя перед огромным монитором, показывающим скопление атомов и электронных облаков. «Но мы используем именно эту жуткую физику для разработки материалов с значительно улучшенной эффективностью преобразования энергии».

Фотоэлектрические элементы существуют с 1930-х годов и до сих пор работают по одному и тому же принципу: частицы света, также известные как фотоны, ударяют по ячейке и подталкивают электроны, чтобы перейти в более высокое энергетическое состояние, «как если бы у вас была стопка апельсинов и вы потянули их. один и положите его сверху, оставив отверстие », - объясняет Ласк.Электрон и его отверстие вместе называются экситоном, и их необходимо направить в противоположных направлениях через электрическую цепь. Это ток, который питает вашу кухонную плиту или плоский экран.

В течение многих лет большинство фотоэлементов делалось из кремния, и повышение эффективности было постепенным, 0,05 процента здесь, еще 0,1 процента там. Но десять лет назад ученые начали задаваться вопросом, можно ли добиться гораздо больших успехов с помощью того, что Ласк называет «изменением парадигмы игры».’

«Они сказали:« Может быть, мы сможем взять высокоэнергетический экситон из той мощной частицы света, которая поднимает оранжевый путь высоко в стопку, и каким-то образом использовать часть его энергии, чтобы захватить еще один оранжевый [электрон] и потянуть его к вершине ». к тому же мы получим две дырки и два возбужденных электрона из одного куска света ». Дополнительная энергия от этой мощной частицы света, которая была бы потрачена впустую на тепло, теперь превращается в электрический ток.

Ключевым моментом, как предложили исследователи, было создание клеточного материала из бесконечно малых нанокристаллов, которые заставляют сжатые пары электрон / дырка вести себя иначе, чем в массивном материале, причудливое квантовое ограничение, которое любит изучать Ласк.

Еще в 2000 году исследователь Артур Нозик из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в Голдене, штат Колорадо, предсказал, что МЭГ с использованием квантовых точек может повысить эффективность солнечных элементов до 65 процентов, но идея была медленной. поймать.

«Большинство людей думали, что это интересная идея, но никто не воспринял ее всерьез», - говорит Мэтт Бирд, старший научный сотрудник, прибывший в NREL в 2003 году и с тех пор исследующий MEG.

В 2004 году ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико стали первыми, кто действительно наблюдал МЭГ в действии в материалах с квантовыми ограничениями.Вскоре после этого некоторые ученые сообщили, что с помощью одного фотона можно создать до семи пар экситонов. Но другие исследования поставили под вопрос, имеет ли наноразмер материала какое-либо значение.

Enter Lusk, его коллеги Альберто Франческетти и Жибин Линь, а также набор мощных вычислительных инструментов, и, похоже, спор наконец улажен. Выполнив большое количество «вычислительных экспериментов», они смогли точно увидеть, как электроны, дырки и фотоны взаимодействуют в квантовых точках различного размера, что дало объяснение того, как работает МЭГ и почему она становится лучше, когда точки становятся меньше.Суть в том, что размер точки определяет, какие экситоны легче всего расщепляются, а маленькие точки лучше всего расщепляют свои любимые экситоны.

«Это действительно необычное поведение, которое происходит только из-за того, как мы упаковываем одни и те же старые материалы. Ключевым моментом является создание тонкой пленки, которая, если вы присмотритесь, будет заполнена очень крошечными частицами », - говорит Ласк. Поскольку результаты были опубликованы в знаковой статье в апреле 2011 года в журнале ACS Nano, они придали энергии всей области исследований МЭГ.

«Мы можем сидеть здесь как экспериментаторы и измерять кучу материалов, но проблема в том, что сначала нужно изготовить материал, а затем провести измерения. На это нужно время, - говорит Бирд. «Это очень полезно, когда теоретик может сначала сказать, посмотрите на форму X или композицию Y. То, что Марк и его коллеги сделали в Mines, было показать, что действительно есть эффект [в использовании квантовых точек]. Он помог продвинуть теорию вперед ».

Делаем один там, где два

С тех пор экспериментаторы из Mines, NREL и других организаций применяют идею квантовых точек к различным материалам, включая кремний, с многообещающими результатами.В декабре 2011 года Бирд опубликовал статью в Science, в которой показано, что солнечный элемент, сделанный из квантовых точек селенида свинца, производит от двух до трех электронно-дырочных пар на приходящий фотон. «Это работает, но мы еще не достигли этого», - говорит Бирд, отмечая, что существует много шагов между производством нескольких экситонов внутри клетки и выработкой большей мощности.

Тем временем Ласк вернулся к компьютеру, работая над теоретической моделью новой паучьей молекулы, предназначенной для поглощения фотонов более низкой энергии на своих ногах и запуска полученных экситонов в его центр, где они будут объединяться, чтобы создать единую молекулу более высокого уровня. -энергетический экситон, прямо противоположный МЭГ.«Идея состоит в том, чтобы сделать солнечный элемент, который можно было бы разместить в местах, где мало солнца или где очень плотная атмосфера», - говорит он.

Он также ищет способы «расширить танец» между дырой и электроном внутри квантовой точки, позволяя им прыгать через материал вместе, прежде чем, наконец, разделить их на части, чтобы образовался ток. Это сделало бы солнечные элементы еще лучше, потому что экситоны можно было бы отделить друг от друга в отдельном куске материала, который делает это очень эффективно.Для этого он берет пример с листьев, где экситоны могут преодолевать необъяснимо большие расстояния по пути к специализированным центрам по производству сахара.

«В большинстве материалов танец быстро исчезает, но листья растений каким-то образом поддерживают его жизнь», - объясняет Ласк. «У них действительно есть вся эта штука с квантовым транспортом, и я хочу, чтобы наши солнечные батареи тоже делали это».

В других лабораториях REMRSEC ученые берут такую ​​фундаментальную науку и продвигают ее вперед, разрабатывая способы включения материалов, сделанных из этих крошечных точек, в тонкие листы солнечных элементов, которые когда-нибудь можно будет легко и дешево применить в американских домах и офисных зданиях. .

«Если вы посмотрите на разнообразие навыков, которыми мы обладаем в этом центре, это просто невероятно. У нас есть физики, химики, материаловеды, инженеры-химики, инженеры-механики и прикладные математики, которые все вместе работают над этим, - говорит Крейг Тейлор, директор REMRSEC. «Мы абсолютный лидер в этой области».

Итак, насколько эффективными могут стать солнечные панели в следующем десятилетии, если все это сработает?

«Сорок процентов, вероятно, на данный момент действительно хорошее число», - говорит Ласк.«Если бы мы могли удвоить эффективность солнечных панелей, это было бы похоже на удвоение количества солнечных панелей на планете. Тогда панели на моей крыше могут питать мой дом , а заряжать электромобиль. Было бы здорово ».

Как работают обычные фотоэлектрические элементы

Почти все фотоэлектрические элементы, используемые сегодня, основаны на замечательных свойствах кремния для выработки электричества. Когда фотон солнечного света поглощается атомом кремния, он заставляет один из его электронов перемещаться на более высокий энергетический уровень, создавая «дыру» в атоме, где он находился.Электроны на соседних атомах могут перемещаться, чтобы заполнить эту дыру, оставляя новую дыру на атоме, который они только что оставили. Таким образом, и электрон, и дырка могут свободно перемещаться по материалу. В то время как пара, вместе называемая экситоном, остается связанной ненадолго, энергичное колебание соседних атомов в конечном итоге разделяет их.

Кристалл кремния с любым количеством перемешанных электронов под высоким напряжением и соответствующими дырками не генерирует электричества, если их нельзя отсортировать.В этом заключается магия фотоэлементов.

В процедуре, называемой легированием, к кремнию добавляются следовые количества определенных примесей для создания электростатического заряда: легирование бором приводит к тому, что кремний приобретает отрицательный заряд; допирование фосфором делает его положительным. Если кусочек кристаллического кремния осторожно легировать, чтобы сделать верхний слой положительным, а нижний - отрицательным, в месте их встречи образуется электрическое поле.

Это электрическое поле выполняет важную функцию сортировки, необходимую для выработки электроэнергии.Электроны, сталкивающиеся с полем, уносятся в отрицательно заряженную область, а дырки уносятся в положительно заряженную область. Металлические выводы затем проводят электроны с отрицательной стороны в цепь, где ток может использоваться для питания электрических устройств. В конечном итоге схема возвращает электроны обратно на положительно заряженную сторону ячейки, где, вернувшись на более низкий энергетический уровень, они рекомбинируют с дырками. Ник Сатклифф

Диаграммы любезно предоставлены Марком Луском

Ученые детоксицируют солнечные элементы с квантовыми точками

Среди множества вариантов применения квантовые точки оказались многообещающими в качестве фотоэлектрических материалов в солнечных элементах.Теперь исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) разработали новый тип солнечных элементов с квантовыми точками, которые не содержат токсичных элементов, которые присутствуют в большинстве, при этом сохраняя эффективность.

Квантовые точки - это крошечные плоские круглые полупроводниковые кристаллы. Их диаметр составляет всего несколько нанометров, и небольшие изменения в размере определяют их цвет. Кроме того, они очень эффективно поглощают и излучают свет, что позволяет использовать их в таких устройствах, как телевизоры, датчики и, конечно же, солнечные батареи.

Основная проблема солнечных элементов с квантовыми точками заключается в том, что они сделаны из токсичных элементов, таких как свинец и кадмий. Итак, для нового исследования команда LANL попробовала другой рецепт, сделав точки из меди, индия и селена, которые затем были покрыты цинком.

Новые электроды на квантовых точках и соответствующий разброс различных элементов в них

LANL

Эти квантовые точки затем внедряются в поры пленки диоксида титана.Под воздействием солнечного излучения квантовые точки поглощают фотоны и высвобождают электроны в окружающий оксид титана, который производит ток. Объединение такого количества элементов в квантовые точки приводит к появлению дефектов, которые должны отрицательно влиять на эффективность устройства. Но в этом случае команда обнаружила, что дефекты на самом деле улучшили процесс преобразования световой энергии.

«Мы были приятно удивлены результатами измерений наших устройств, - говорит Виктор Климов, ведущий автор исследования.«Из-за очень сложного состава (четыре элемента объединены в одной наноразмерной частице) эти точки подвержены дефектам. Несмотря на эти недостатки, они показали почти идеальную производительность в наших солнечных элементах - на каждые 100 поглощенных фотонов мы обнаружили 85 фотогенерированных электронов, что означает, что эффективность преобразования фотонов в электроны составила 85 процентов ».

Фактическая эффективность преобразования солнечной энергии была намного ниже - всего около девяти процентов. Это примерно средний показатель для солнечных элементов с квантовыми точками, хотя и немного меньше мирового рекорда - 16.6 процентов, достигнутые несколько месяцев назад. Тем не менее, команда здесь стремилась к нетоксичным квантовым точкам, а не к рекордной эффективности.

Команда говорит, что работа показывает, насколько полезными могут быть солнечные элементы с квантовыми точками в будущем. Наряду с недавно обнаруженной нетоксичностью, они уже недороги в производстве и относительно легко масштабируются.

Исследование опубликовано в журнале Nature Energy .

Источник: Лос-Аламосская национальная лаборатория

Одно небольшое изменение делает солнечные элементы более эффективными

В одном из подходов к солнечным элементам используются квантовые точки размером всего в несколько десятков атомов для поглощения солнечного света и преобразования его в электричество.Ученые показали, что замена нескольких атомов свинца в квантовой точке сульфида свинца (PbS) марганцем (Mn) может значительно повысить эффективность преобразования. На изображении показано перекрытие атомных орбиталей (серые заштрихованные области) между квантовой точкой и первыми атомными слоями баланса солнечного элемента (оксид цинка и олова, ZnO-SnO2). Перекрытие орбиталей усиливается, когда свинец (Pb) заменяется на Mn, что приводит к более быстрому перемещению электронов от квантовой точки.

The Science

Поиски более эффективных солнечных батарей привели к поиску новых материалов. В течение многих лет ученые исследовали использование крошечных капель дизайнерских материалов, называемых квантовыми точками. Теперь мы знаем, что добавление небольшого количества марганца снижает способность квантовых точек поглощать свет, но увеличивает производимый ток в среднем на 300%. При определенных условиях производимый ток увеличился на 700%. Это усиление связано с более высокой скоростью, с которой электроны перемещаются от квантовой точки к балансу солнечного элемента (что ученые называют скоростью туннелирования электронов) в присутствии атомов марганца на границе раздела.Важно отметить, что это наблюдение подтверждается теорией, открывая возможности для применения этого подхода к другим системам.

The Impact

Эффективность преобразования энергии солнечных элементов с квантовыми точками достигла примерно 12%. Однако общая эффективность солнечных элементов с квантовыми точками относительно низка по сравнению с используемыми сегодня фотоэлектрическими системами, основанными на кремнии. Кроме того, солнечные элементы с квантовыми точками не так эффективны, как новые солнечные элементы следующего поколения. Результаты, полученные в этой работе, указывают на удивительно простой альтернативный путь.Ученые могут значительно улучшить характеристики этого семейства солнечных элементов, добавив небольшие количества альтернативных металлов.

Резюме

В стремлении заменить более традиционные солнечные материалы, такие как кремний, более эффективными и высокопроизводительными, ученые изучали солнечные элементы с квантовыми точками в качестве альтернативы солнечному свету для преобразования в электричество. В этой конструкции солнечного элемента квантовые точки используются в качестве материала, который поглощает солнечный свет и преобразует его в электричество.Квантовые точки представляют собой очень маленькие частицы нанометрового размера, чьи свойства преобразования солнечной энергии, в данном случае характерная щель в энергетических уровнях электронов, называемая «запрещенной зоной», настраиваются путем изменения размера или химического состава. Это контрастирует с объемными материалами, ширина запрещенной зоны которых определяется только химическим составом или выбором материала (материалов). Эта зависимость ширины запрещенной зоны от размера делает квантовые точки привлекательными для многопереходных солнечных элементов, эффективность которых повышается за счет использования различных материалов, которые поглощают различные части «радуги» длин волн света, обнаруживаемых в солнечном спектре.Эта исследовательская группа обнаружила, что добавление небольших количеств переходного металла марганца (Mn) или «легирования» привело к огромному повышению эффективности преобразования света в электричество для солнечных элементов, сенсибилизированных квантовыми точками сульфида свинца (PbS). Относительно небольшие концентрации Mn (4 атомных процента) вызывают увеличение тока в среднем на 300% с максимальным увеличением до 700%. Более того, механизм, с помощью которого это происходит, нельзя объяснить только поглощением света, поскольку как экспериментальные, так и теоретические спектры поглощения демонстрируют уменьшение в несколько раз на коэффициента поглощения при добавлении Mn.Команда предполагает, что резкое увеличение связано с механизмом увеличенного туннелирования электронов через пары атомов на границе квантовой точки со следующим слоем солнечного элемента. Команда использовала ab initio расчетов , которые представляют собой вычислительный подход, который может описывать новые явления без необходимости подгонки или экстраполяции экспериментальных данных, чтобы подтвердить этот механизм. Хотя типичные подходы к легированию сосредоточены на увеличении времени жизни экситонов и каналов поглощения света, результаты, полученные в этом исследовании, обеспечивают альтернативный путь для значительного повышения эффективности сенсибилизированных квантовыми точками солнечных элементов.

Контакты

Джинке Тан / Юрий Дахновский
Университет Вайоминга, факультет физики и астрономии
[email protected]; [email protected]

Финансирование

Эта работа была поддержана Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США в рамках Экспериментальной программы стимулирования конкурентных исследований (EPSCoR).

Публикации

Г. Римал, А.К. Пимачев, А. Йост, У. Поудьял, С. Мэлони, У. Ван, Т.Ю. Чиен, Ю. Дахновский, Я.Тан, «Гигантское усиление фототока за счет легирования переходными металлами в солнечных элементах, сенсибилизированных квантовыми точками». Письма по прикладной физике 109 , 103901 (2016). [DOI: 10.1063 / 1.4962331]

Основные категории

Программа: BES, MSE

Исполнитель / объект: университет

Новые перовскитные солнечные элементы с квантовыми точками: возможные подходы к повышению производительности

Квантовые точки перовскита на основе галогенида свинца, также называемые нанокристаллами перовскита, считаются одним из наиболее многообещающих классов фотоэлектрических материалов для солнечных элементов из-за их выдающихся оптоэлектронных свойств и простых методов приготовления.Заметные достижения были достигнуты в солнечных элементах PQD (PQDSC). В частности, эффективность преобразования энергии PQDSC в значительной степени увеличена с 10,77% до 17,39% (сертифицировано 16,6%) за счет точного управления химией поверхности PQD и физикой устройства PQDSC. В этом обзоре мы суммируем последние достижения появляющихся PQDSC и обсуждаем различные стратегии, применяемые для улучшения характеристик устройств PQDSC, включая методы синтеза, композиционную инженерию и химию поверхности PQD.Кроме того, обсуждается работа устройств PQDSC, чтобы подчеркнуть влияние архитектуры устройства на фотоэлектрические характеристики PQDSC. Учитывая практическое применение PQDSC в условиях окружающей среды, также подчеркивается стабильность устройства. Наконец, представлены выводы и перспективы, а также возможные проблемы и возможности для продвижения этапов разработки PQDSC с более высокими фотоэлектрическими характеристиками и надежной стабильностью.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент... Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

New Scientist: окна становятся прозрачными солнечными панелями с добавлением наночастиц

Донна Лу

Обычные стеклянные панели могут действовать как солнечные панели, когда слой наночастиц зажат между двумя панелями.Это может помочь нам использовать солнечную энергию в городах, где места для солнечных панелей могут быть ограничены.

«Если мы выполнили свою работу, никто даже не узнает, что они там есть», - говорит Хантер МакДэниел из UbiQD, американской фирмы по производству материалов. Он и его коллеги разработали прозрачные солнечные панели, неотличимые от обычного стекла.

Испытательные установки с использованием панелей размером 1 квадратный метр проходят в зданиях в США и Нидерландах.Панели имеют КПД преобразования энергии 3,6%, что является показателем того, сколько солнечного света преобразуется в электричество. Для сравнения, непрозрачные солнечные панели имеют КПД от 15 до 20 процентов.

Эти прозрачные панели состоят из двух слоев стекла, склеенных вместе полимером, который содержит наночастицы, известные как квантовые точки. Эти квантовые точки с сердечником из сульфида индия и оболочкой из сульфида цинка представляют собой крошечные полупроводники, которые могут управлять светом.

Когда наночастицы возбуждаются УФ-светом, они испускают фотоны, которые движутся вдоль прозрачной панели к ее краю.По периметру установлены солнечные батареи, которые преобразуют фотоны в электрический ток. Окантовка солнечного элемента находится в раме окна, вне поля зрения.

Преобразование окон в солнечные панели не займет много времени: полимер состоит всего на 1,7 процента квантовых точек по весу. По словам МакДэниела, квантовые точки нетоксичны и относительно дешевы в производстве.

Полученные панели имеют коричневатый цвет, но команда показала, что они также могут производить панели серого или серо-синего цвета, смешивая синий краситель.

Прозрачность стекла также можно настроить, сделав панели более темными или более светлыми. Чем темнее оттенок, тем больше выходная энергия, поскольку поглощается больше света. «По сути, это почти линейные отношения», - говорит Макдэниел.

Ссылка на журнал: ACS Applied Energy Materials , DOI: 10.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *