태양 에너지를 수확하기 위해 나노 입자 자체 조립

[아름이]

태양 에너지를 수확하기 위해 나노 입자 자체 조립
자체 조립 나노입자를 기반으로 효율적이고 비용 효율적이며 유연한 태양 에너지 하베스팅 설계 생성
날짜:
2023년 2월 21일
원천:
미국 물리학 연구소
요약:
연구원들은 향상된 에너지 변환 기능을 갖춘 태양열 수확기를 설계합니다. 이 장치는 준주기적 나노스케일 패턴을 사용합니다. 즉, 대부분이 교대로 일관된 패턴인 반면 나머지 부분에는 성능에 영향을 미치지 않는 임의의 결함이 포함되어 있습니다. 제조 공정은 외부 지시 없이 주변 입자와의 상호 작용을 기반으로 조직화된 물질 구조를 형성하는 자가 조립 나노입자를 사용합니다. 장치에 의해 수집된 열 에너지는 열전 재료를 사용하여 전기로 변환될 수 있습니다.

전체 이야기
태양열 기술은 화석 연료 에너지 위기를 해결하는 데 잠재적인 역할을 하는 유망한 환경 친화적인 에너지 수확 방법입니다.

이 기술은 햇빛을 열 에너지로 변환하지만 높은 흡수율을 유지하면서 에너지 손실을 억제하는 것은 어렵습니다. 마이크로 또는 나노 공학에 의존하는 기존의 태양 에너지 수확기는 확장성과 유연성이 충분하지 않으며 제조를 단순화하고 비용을 줄이는 동시에 고성능 태양광 캡처를 위한 새로운 전략이 필요합니다.

AIP Publishing의 APL Photonics 에서는 Harbin University, Zhejiang University, Changchun Institute of Optics, National University of Singapore의 연구원들이 향상된 에너지 변환 기능을 갖춘 태양열 수확기를 설계했습니다.

이 장치는 준주기적 나노 스케일 패턴을 사용합니다. 즉, 대부분이 교대로 일관된 패턴인 반면 나머지 부분에는 성능에 영향을 미치지 않는 무작위 결함(나노 가공 구조와 달리)이 포함되어 있습니다. 실제로 구조의 주기성에 대한 엄격한 요구 사항을 완화하면 장치의 확장성이 크게 향상됩니다.

제조 공정은 외부 지시 없이 주변 입자와의 상호 작용을 기반으로 조직화된 물질 구조를 형성하는 자가 조립 나노입자를 사용합니다.

장치에 의해 수집된 열 에너지는 열전 재료를 사용하여 전기로 변환될 수 있습니다.

"태양 에너지는 넓은 주파수 범위 내에서 전자기파로 전달됩니다."라고 Zhejiang University의 저자인 Ying Li는 말했습니다. "좋은 태양열 수확기는 파도를 흡수하고 뜨거워질 수 있어야 하며, 따라서 태양 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있어야 합니다. 이 과정에는 높은 흡광도(100%가 완벽함)가 필요하며, 태양열 수확기는 또한 열 복사를 억제하여 낮은 열 방사율을 요구하는 열 에너지를 보존합니다(0은 방사선이 없음을 의미합니다)."

이러한 목표를 달성하기 위해 하베스터는 일반적으로 주기적인 나노광자 구조를 가진 시스템입니다. 그러나 이러한 모듈의 유연성과 확장성은 패턴의 강성과 높은 제조 비용으로 인해 제한될 수 있습니다.

"이전 전략과 달리, 우리의 준주기적 나노광자 구조 는 번거롭고 비용이 많이 드는 나노제작보다는 철 산화물(Fe 3 O 4 ) 나노입자 에 의해 자기 조립된다 "고 Li는 말했다.

그들의 준주기적 나노광자 구조는 높은 흡광도(94% 이상), 억제된 열 방사율(0.2 미만)을 달성하고 자연 태양광 아래에서 흡수체는 빠르고 상당한 온도 상승(섭씨 80도 이상)을 특징으로 합니다.

흡수체를 기반으로 연구팀은 제곱센티미터당 20밀리볼트 이상의 상당한 유지 전압에 도달하는 유연한 평면 태양 열전 수확기를 구축했습니다. 그들은 그것이 태양광 조사 평방미터당 20개의 발광 다이오드에 전력을 공급할 것으로 기대합니다. 이 전략은 태양 에너지 하베스팅의 보다 유연하고 확장 가능한 엔지니어링을 위해 저전력 밀도 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

"우리는 우리의 준주기적 나노광자 구조가 다른 연구에 영감을 주기를 희망합니다."라고 Li는 말했습니다. "이 매우 다재다능한 구조와 우리의 기초 연구는 광전지 구조의 전체 효율을 증가시키기 위한 보조 태양열 수확 구성 요소 역할을 할 수 있는 유연하고 확장 가능한 태양 열전 발전기와 같은 태양 에너지 수확의 상한선을 탐색하는 데 사용될 수 있습니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/