Transformare lemnUn nou tip de hârtie care este fabricat din fibre de lemn având o transparenţă optică de 96% ar putea fi un material revoluţionar pentru următoarea generaţie de celule solare. Această hârtie ce provine din plante este mai ieftină şi mai ecologică decât substraturile din material plastic care sunt frecvent utilizat în celulele solare actuale.

 

 

Cu toate acestea, cel mai important avantaj al acestei noi hârtii este acela că ea reuşeşte să depăşească compromisul dintre transparenţa optică şi opacitatea optică care caracterizează cele mai multe materiale utilizate în mod curent.

imagine 1

(a) O reprezentare schematică a structurii ierarhice a unui copac în care fiecare structură componentă este descompusă până la nivelul de fibre elementare. (b) Hârtia obişnuită cu microfibre are o structură microporoasă care provoacă împrăştierea luminii. (c) Noua hârtie este fabricată din fibre de lemn oxidate prin procedeul TEMPO pentru a se elimina microporii şi pentru a îmbunătăţi transparenţa optică. Credit: Fang, et al. ©2014 American Chemical Society.



O echipă de cercetători de la University of Maryland, South China University of Technology și University of Nebraska-Lincoln a publicat o lucrare având ca subiect noul material într-un număr recent al Nano Letters.

Aşa cum explică cercetătorii, performanţa celulelor solare (n.t. celule fotovoltaice) se îmbunătăţeşte atunci când materialele componente posedă atât o mai mare transparenţă optică (pentru a permite o mai bună propagare a luminii), cât şi o mai mare opacitate optică (pentru a creşte gradul de împrăştiere al luminii şi prin urmare a gradului de absorbţie al acesteia în cadrul materialului). Materialele din prezent cu valori mari ale transparenţei (de aproximativ 90%) au valori foarte scăzute ale opacităţii (mai mici de 20%).

Noua hârtie realizată din fibre de lemn are o transparenţă optică foarte mare, de 96%, dar şi o opacitate foarte mare, de 60%, care reprezintă cea mai mare valoare obţinută pentru opacitatea optică corespunzătoare substraturilor transparente.

Valorile bune pentru transparenţa şi opacitatea optică se datorează faptului că această hârtie are o structură poroasă la un nivel nano în comparaţie cu hârtia normală care este poroasă la un nivel micro. Hârtia obişnuită este realizată din fibre de lemn care au o transparenţă optică scăzută din cauza microporilor care există în cadrul structurii poroase şi care provoacă împrăştierea luminii. În noua hârtie aceşti micropori sunt eliminaţi pentru a îmbunătăţi transparenţa optică. Pentru asta cercetătorii au folosit un tratament numit TEMPO pentru a slăbi legăturile de hidrogen dintre microfibrele care alcătuiesc fibrele de lemn şi care a făcut ca fibrele de lemn să se umfle și să colapseze într-o structură densă, strâns legată care conţine nanopori în loc de micropori.

imagine 2

Opacitatea optică în funcţie de transparenţa optică pentru diferite substraturi de 550 nm. Sticla şi PET (tereftalatul de polietilenă) se află în zona verde, aceste materiale fiind potrivite pentru realizarea ecranelor datorită opacităţii lor scăzute şi a transparenţei ridicate. Hârtia transparentă care a fost obţinută cu această ocazie se află în zona de culoare turcoaz şi ea este cea mai potrivită pentru realizarea celulelor solare. Credit: Fang, et al. ©2014 American Chemical Society.

„Hârtia este realizată din materiale de tip panglică care se pot stivui în bune condiţii, fără micropori pentru a avea o transparenţă ridicată, dar cu nanopori pentru obţinerea de valori mari ale opacităţii optice", a declarat Liangbing Hu pentru Phys.org. Acesta este un coautor al lucrării, profesor asistent în cadrul Department of Materials Science and Engineering de la University of Maryland.

Pentru a testa noua hârtie pentru celulele solare, cercetătorii au acoperit cu hârtie din fibre de lemn suprafaţa unei plăci din siliciu. Experimentele au arătat că randamentul dispozitivului de colectare a luminii a crescut cu 10%. Datorită simplităţii acestui proces tehnologic de laminare, celulele solare care au fost deja instalate şi sunt în funcţiune ar putea beneficia, în mod similar, de noul strat suplimentar de hârtie.

Deşi există şi alte tipuri de hârtie pe bază de nanofibre, această lucrare demonstrează obţinerea unei transparenţe optice mari și a unui randament sporit de utilizare a celulelor solare. Cu aceste avantaje, prin transparenţa ridicată şi opacitatea crescută noua hârtie ar putea oferi o modalitate ieftină de a îmbunătăţi eficienţa panourilor solare, acoperişurilor solare şi a ferestrelor solare.

„Noi dorim să colaborăm cu companiile producătoare de celule solare şi ecrane pentru a evalua posibilele aplicaţii ale acesteia", a spus Hu. „De asemenea, suntem interesaţi de procesul de fabricaţie al unei astfel de hârtii".



Traducere de Cristian-George Podariu după future-solar-cells-wood, cu acordul Phys.org.