Grupa naukowców z University of Kansas odkryła zaskakujący efekt w organicznych półprzewodnikach, który może znacząco zwiększyć efektywność ogniw słonecznych, przewyższając efektywność tradycyjnych ogniw opartych na krzemie. Badania opublikowane w Advanced Materials mogą znacząco wspomóc nasze starania w dziedzinie energii odnawialnej.
Na całym świecie poszukuje się alternatywnych materiałów do produkcji ogniw słonecznych. Krzem jest wydajny i trwały, ale też drogi i mało plastyczny, co ogranicza jego zastosowania. Organiczne półprzewodniki natomiast — oparte na związkach węgla — są łatwo dostępne, tańsze i mogą być nanoszone na różnorodne powierzchnie w cienkich, elastycznych warstwach. Wszystko to sprawia, że są one bardziej przyjazne dla środowiska i opłacalne.
Autorzy badania podkreślają, że organiczne materiały półprzewodnikowe mogą być dostosowywane do pochłaniania światła o określonych długościach fal. W ten sposób, możliwe byłoby tworzenie paneli przezroczystych lub o różnych kolorach — a to z kolei pozwoliłoby na utrzymanie spójności wizualnej przy szerokim wdrożeniu takich paneli.
Obecnie organiczne półprzewodniki są wykorzystywane m.in. w wyświetlaczach. W fotowoltaice natrafiają one niestety na ograniczenia ze względu na niższą wydajność stopnia konwersji światła na energię elektryczną, która wynosi około 12%. Krzemowe panele słoneczne to wydajność na poziomie około 20 procent — różnica jest spora.
Przełomem może okazać się wykorzystanie materiałów zwanych akceptorami niefullerenowymi. Badania wykazały, że organiczne ogniwa słoneczne z NFA mogą osiągnąć wydajność bliską 20%. To jednak dopiero początek. Jeżeli okaże się ostatecznie, że bariera 20 procent to maksimum możliwej wydajności takich paneli, to i tak ich wykorzystanie będzie efektywne ekonomicznie.
Naukowcy odkryli, że wzbudzone elektrony w materiałach organicznych mogą pobierać energię z otoczenia zamiast ją tracić — co zdaje się być nieco "nieintuicyjne", bo wydaje nam się, że powinno być inaczej. Można to porównać do filiżanki kawy, która zamiast tracić ciepło, zyskuje je z otoczenia.
Paradoksalny zysk energetyczny to efekt zjawisk kwantowych. W specyficznych warunkach elektrony mogą znajdować się jednocześnie na wielu cząsteczkach, co, zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, prowadzi do wzrostu całkowitej entropii. Efekt ten powoduje, że ciepło przepływa w odwrotnym kierunku, umożliwiając wzbudzonym elektronom dysocjację na ładunki dodatnie i ujemne, które generują prąd elektryczny.
Ów mechanizm można wykorzystać do tworzenia bardziej wydajnych ogniw słonecznych. Sądzi się, że może on znaleźć zastosowanie w fotokatalizatorach do produkcji paliw, które przekształcają dwutlenek węgla w biopaliwa za pomocą energii słonecznej. Jeżeli wszystko się uda, to nie dość, że otrzymamy tańsze ogniwa słoneczne, to w dodatku będziemy mogli w prostszy, tańszy i efektywniejszy sposób produkować biopaliwa — za pomocą katalizatorów wzbudzanych energią słoneczną.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
