Panouri fotovoltaice din fibre de carbon conductive electric și pereskovit

De multe ori este necesar un panou fotovoltaic rezistent la vibrații iar cele de siliciu pot suferi microfisuri , de aceea m-am gandit la cele din fibră de carbon și pereskovit.

Fibrele de carbon conductive electric reprezintă o alternativă viabilă și mult mai accesibilă ca nanotuburile din fibră de carbon, prea costisitoare și prea puțin dezvoltate . Deși nu au exact aceleași proprietăți la nivel nanoscopic, fibrele de carbon oferă totuși avantaje semnificative:

• Rezistență mecanică ridicată: Fibrele de carbon sunt cunoscute pentru raportul lor excepțional între rezistență și greutate, fiind mult mai rezistente decât oțelul, dar și mult mai ușoare. Aceasta va asigura rezistența panoului la vibrații și șocuri.
• Stabilitate termică bună: Fibrele de carbon își păstrează proprietățile mecanice într-un interval larg de temperaturi, deși performanța lor poate scădea ușor la temperaturi extrem de ridicate, peste cele specificate de tine (+60°C). Cu toate acestea, pentru intervalul tău de la -50°C la +60°C, sunt perfect adecvate.
• Conductivitate electrică: Fibrele de carbon conduc curentul electric, deși nu la fel de eficient ca nanotuburile. Totuși, conductivitatea lor este suficientă pentru a fi utilizate ca electrozi colectori în panourile fotovoltaice.
• Disponibilitate și cost: Fibrele de carbon sunt produse la scară industrială de mai mult timp și sunt folosite în diverse domenii, de la industria aerospațială la cea auto și sportivă. Prin urmare, sunt mult mai accesibile ca preț și disponibilitate comparativ cu nanotuburile de carbon.
• Greutate redusă: Similar cu nanotuburile, utilizarea fibrelor de carbon va rezulta în panouri fotovoltaice ușoare.

Adaptarea designului cu fibre de carbon:

În loc de o rețea de nanotuburi, vom folosi o țesătură din fibre de carbon ca suport structural și colector de electroni. Peste această țesătură, vom depune stratul activ de perovskit.

Detalii despre implementare:

1. Țesătura din fibre de carbon: Aceasta va fi baza panoului. Va trebui să alegem o țesătură cu o densitate și o orientare a fibrelor optimizate pentru a asigura atât rezistența mecanică, cât și o bună conductivitate electrică în planul panoului.
2. Stratul de perovskit: Similar cu designul anterior, un strat subțire de material perovskit va fi depus peste țesătura de fibre de carbon. Perovskitul va absorbi lumina solară și va genera electroni.
3. Contactul electric: Pentru a colecta eficient electronii generați de perovskit, este esențial un contact electric bun între perovskit și fibrele de carbon. Acest lucru poate fi realizat prin:
   • Tratarea suprafeței fibrelor de carbon: Diverse tratamente chimice sau fizice pot modifica suprafața fibrelor pentru a îmbunătăți aderența perovskitului și transferul de electroni.
   • Strat intermediar: Un strat subțire dintr-un material conductor transparent, cum ar fi oxizii metalici conductori (de exemplu, oxid de indiu-staniu - ITO, sau oxid de zinc dopat cu aluminiu - AZO), poate fi depus între fibrele de carbon și perovskit pentru a optimiza contactul electric. Acest strat trebuie ales cu grijă pentru a nu bloca lumina solară să ajungă la perovskit.
4. Încapsularea: Pentru a proteja perovskitul de umiditate, oxigen și radiații UV, întregul ansamblu va fi încapsulat în straturi protectoare, similar cu designul anterior, folosind polimeri speciali sau materiale compozite.

Avantajele utilizării fibrelor de carbon:

• Accesibilitate: Fibrele de carbon sunt mult mai ușor de procurat și mai ieftine decât nanotuburile de carbon.
• Tehnologie matură: Producția și prelucrarea fibrelor de carbon sunt tehnologii bine stabilite.
• Rezistență și durabilitate: Panourile vor fi rezistente la șocuri, vibrații și variații de temperatură.

Provocări:

• Conductivitatea electrică: Deși bună, conductivitatea fibrelor de carbon nu este la fel de ridicată ca cea a nanotuburilor. Optimizarea țesăturii și a contactului electric cu perovskitul va fi crucială.
• Suprafața de contact: Asigurarea unei suprafețe de contact mari și uniforme între perovskit și fibrele de carbon poate fi o provocare. Tratamentele de suprafață și straturile intermediare vor juca un rol important.

Concluzie:

Înlocuirea nanotuburilor de carbon cu fibre de carbon reprezintă o adaptare realistă și eficientă a designului, făcându-l realizabil cu tehnologia actuală și materialele disponibile în România. Panoul fotovoltaic bazat pe fibre de carbon și perovskit va fi robust, rezistent la temperaturi extreme, relativ ușor și, cel mai important, accesibil.

Perovskite Solar Cell on Carbon Fiber Substrate