Un nou tip de hartie care este fabricat din fibre de lemn avand o transparenta optica de 96% ar putea fi un material revolutionar pentru urmatoarea generatie de celule solare. Aceasta hartie ce provine din plante este mai ieftina si mai ecologica decat substraturile din material plastic care sunt frecvent utilizat in celulele solare actuale.
Cu toate acestea, cel mai important avantaj al acestei noi hartii este acela ca ea reuseste sa depaseasca compromisul dintre transparenta optica si opacitatea optica care caracterizeaza cele mai multe materiale utilizate in mod curent.
(a) O reprezentare schematica a structurii ierarhice a unui copac in care fiecare structura componenta este descompusa pana la nivelul de fibre elementare. (b) Hartia obisnuita cu microfibre are o structura microporoasa care provoaca imprastierea luminii. (c) Noua hartie este fabricata din fibre de lemn oxidate prin procedeul TEMPO pentru a se elimina microporii si pentru a imbunatati transparenta optica. Credit: Fang, et al. ©2014 American Chemical Society
O echipa de cercetatori de la University of Maryland, South China University of Technology si University of Nebraska-Lincoln a publicat o lucrare avand ca subiect noul material intr-un numar recent al Nano Letters.
Asa cum explica cercetatorii, performanta celulelor solare (n.t. celule fotovoltaice) se imbunatateste atunci cand materialele componente poseda atat o mai mare transparenta optica (pentru a permite o mai buna propagare a luminii), cat si o mai mare opacitate optica (pentru a creste gradul de imprastiere al luminii si prin urmare a gradului de absorbtie al acesteia in cadrul materialului). Materialele din prezent cu valori mari ale transparentei (de aproximativ 90%) au valori foarte scazute ale opacitatii (mai mici de 20%).
Noua hartie realizata din fibre de lemn are o transparenta optica foarte mare, de 96%, dar si o opacitate foarte mare, de 60%, care reprezinta cea mai mare valoare obtinuta pentru opacitatea optica corespunzatoare substraturilor transparente.
Valorile bune pentru transparenta si opacitatea optica se datoreaza faptului ca aceasta hartie are o structura poroasa la un nivel nano in comparatie cu hartia normala care este poroasa la un nivel micro. Hartia obisnuita este realizata din fibre de lemn care au o transparenta optica scazuta din cauza microporilor care exista in cadrul structurii poroase si care provoaca imprastierea luminii. In noua hartie acesti micropori sunt eliminati pentru a imbunatati transparenta optica. Pentru asta cercetatorii au folosit un tratament numit TEMPO pentru a slabi legaturile de hidrogen dintre microfibrele care alcatuiesc fibrele de lemn si care a facut ca fibrele de lemn sa se umfle si sa colapseze intr-o structura densa, strans legata care contine nanopori in loc de micropori.
Opacitatea optica in functie de transparenta optica pentru diferite substraturi de 550 nm. Sticla si PET (tereftalatul de polietilena) se afla in zona verde, aceste materiale fiind potrivite pentru realizarea ecranelor datorita opacitatii lor scazute si a transparentei ridicate. Hartia transparenta care a fost obtinuta cu aceasta ocazie se afla in zona de culoare turcoaz si ea este cea mai potrivita pentru realizarea celulelor solare. Credit: Fang, et al. ©2014 American Chemical Society.
„Hartia este realizata din materiale de tip panglica care se pot stivui in bune conditii, fara micropori pentru a avea o transparenta ridicata, dar cu nanopori pentru obtinerea de valori mari ale opacitatii optice”, a declarat Liangbing Hu pentru Phys.org. Acesta este un coautor al lucrarii, profesor asistent in cadrul Department of Materials Science and Engineering de la University of Maryland.
Pentru a testa noua hartie pentru celulele solare, cercetatorii au acoperit cu hartie din fibre de lemn suprafata unei placi din siliciu. Experimentele au aratat ca randamentul dispozitivului de colectare a luminii a crescut cu 10%. Datorita simplitatii acestui proces tehnologic de laminare, celulele solare care au fost deja instalate si sunt in functiune ar putea beneficia, in mod similar, de noul strat suplimentar de hartie.
Desi exista si alte tipuri de hartie pe baza de nanofibre, aceasta lucrare demonstreaza obtinerea unei transparente optice mari si a unui randament sporit de utilizare a celulelor solare. Cu aceste avantaje, prin transparenta ridicata si opacitatea crescuta noua hartie ar putea oferi o modalitate ieftina de a imbunatati eficienta panourilor solare, acoperisurilor solare si a ferestrelor solare.
„Noi dorim sa colaboram cu companiile producatoare de celule solare si ecrane pentru a evalua posibilele aplicatii ale acesteia”, a spus Hu. „De asemenea, suntem interesati de procesul de fabricatie al unei astfel de hartii”.
