Nanotechnology in solar energy: illuminating the path to a sustainable future

சுருக்கம்:

புதைபடிவ எரிபொருள்களில் இருந்து விலகி, சுத்தமான, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களை நோக்கி நகரும் உலகளாவிய முயற்சியின் மத்தியில், இப்போது கவனம் சூரிய ஆற்றலின் மீது குவிந்துள்ளது. 1 முதல் 100 நானோமீட்டர் அளவில் பொருளைக் கட்டுப்படுத்தும் நானோதொழில்நுட்பம், இதை சாத்தியமாக்குவதற்கான மிகவும் புரட்சிகரமான வழிகளில் ஒன்றாக மாறியுள்ளது. இந்தக் கட்டுரையில், சூரிய ஒளியை படங்களைப் பிடிக்கும் ஒளிமின்னழுத்த (photovoltaic) செல்கள் முதல், சூரிய ஆற்றலை குவிக்கவும் சேமிக்கவும் திறன் கொண்ட ஒளிவெப்ப (photothermal) அமைப்புகள் வரை, சூரிய ஆற்றல் மாற்றம் மற்றும் பயன்பாட்டின் பல்வேறு அம்சங்களில் நானோஅளவு அறிவியல் ஏற்படுத்தும் தாக்கத்தை நாங்கள் விவாதிக்கிறோம். இந்தக் கட்டுரையில், நாங்கள் நான்கு முக்கிய ஆராய்ச்சிப் பகுதிகளை அடையாளம் கண்டு விரிவாக விளக்குகிறோம்: குவாண்டம் டாட் சூரிய செல்கள் பல எக்சிட்டான்களை உருவாக்கும் திறன்; உயர் ஆற்றல் மாற்றும் திறன்களை அடைவதில் பெரோவ்ஸ்கைட் நானோகிரிஸ்டல் சூரிய செல்களின் விரைவான முன்னேற்றம்; மெல்லிய உறிஞ்சும் அடுக்குகளில் ஒளியைப் பிடித்து திசைதிருப்ப பிளாஸ்மோனிக் நானோகட்டமைப்புகளின் பயன்பாடு; மற்றும் சூரிய வெப்ப சேகரிப்பான்களின் வெப்ப இயக்கவியல் செயல்திறனை அதிகரிக்க நானோஎரிதிரவங்களின் பயன்பாடு. இவற்றைத் தவிர, நானோஅளவு சூரிய தொழில்நுட்பங்கள் தங்கள் முழு திறனை உணர வேண்டுமெனில் தீர்க்கப்பட வேண்டிய நிலைத்தன்மை, அளவிடுதன்மை, நச்சுத்தன்மை மற்றும் வாழ்க்கைச் சுழற்சி நிலைத்தன்மை போன்ற முக்கிய பிரச்சினைகளையும் நாங்கள் முன்னிலைப்படுத்துகிறோம். சூரிய நானோதொழில்நுட்பம் ஒரு முக்கிய திருப்புமுனையில் இருப்பதாக நாங்கள் நம்புகிறோம். அடிப்படை அறிவியல் தளம் மிகவும் மேம்பட்டதாக இருந்தாலும், அடுத்த பெரிய சவால், அடுத்த பத்தாண்டுகளில், ஆய்வகத்தில் கிடைத்த சிறந்த முடிவுகளை நீடித்து நிலைக்கும், மலிவான, சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த வணிகப் பொருட்களில் மீண்டும் உருவாக்குவதாக இருக்கும்.

Abstract:

Amid the worldwide push to shift away from fossil fuels and towards clean, renewable sources of energy, the spotlight is now on solar energy. Nanotechnology, or the control of matter on the scale of 1–100 nm, has become one of the most revolutionary means of making this possible. In this paper, we discuss how nanoscale science is impacting different aspects of solar energy conversion and use, from photovoltaic cells capable of capturing photons with incredible efficiency to photothermal systems capable of concentrating and storing solar energy. In the paper, we identify and elaborate on four main areas of research: the ability of quantum dot solar cells to generate multiple excitons; the rapid progression of perovskite nanocrystal solar cells to achieving high power conversion efficiencies; the use of plasmonic nanostructures to trap and redirect light in thin absorber layers; and the application of nanofluids for increasing the thermodynamic performance of solar thermal collectors. Besides these, we also highlight the main issues, stability, scalability, toxicity, and lifecycle sustainability, which need to be addressed for nanoscale solar technologies to realize their full potential. We believe that solar nanotechnology is at a major turning point. While the underlying scientific basis is very advanced, the next big challenge will be to reproduce the best laboratory results in durable, affordable, and environmentally friendly commercial products over the next 10 years.