Naukowcy z MIT uwrażliwili istniejący krzem słoneczny komórki metodą rozszczepienia ekscytonu singletowego. Może to zwiększyć efektywność słoneczny ogniw z 18 procent do nawet 35 procent, podwajając w ten sposób produkcję energii, zmniejszając w ten sposób koszty technologii słonecznej.
Konieczne staje się zmniejszenie naszej zależności od paliw kopalnych i tworzenie technologii zapewniających zrównoważoną przyszłość. Energia słoneczna jest odnawialnym źródłem energia gdzie Słońce światło zamieniane jest na energię elektryczną. Ogniwa słoneczne są najczęściej wykonane z krzemu, do którego transformacji wykorzystuje się proces fotowoltaiczny światło słoneczne w energię elektryczną. Projektowane są również ogniwa tandemowe, które zazwyczaj obejmują ogniwa perowskitowe, w których każda sekcja słoneczny komórki potrafią wykorzystać Słońce energię z jej zróżnicowanego spektrum, a tym samym mają wyższą wydajność. Dostępne obecnie ogniwa słoneczne mają ograniczoną wydajność, która wynosi zaledwie 15–22 procent.
Badanie opublikowane 3 lipca w Natura pokazał, jak krzem słoneczny wydajność komórek można podnieść nawet do 35 procent, stosując efekt zwany rozszczepieniem ekscytonu singletu. W efekcie pojedyncza cząstka światła (foton) może wygenerować dwie pary elektron-dziura, a nie tylko jedną. Od czasu jego odkrycia w latach 1970. XX wieku w wielu materiałach obserwuje się rozszczepienie pojedynczego ekscytonu. Obecne badanie miało na celu po raz pierwszy przełożyć ten efekt na realny słoneczny komórek.
Naukowcy przenieśli efekt rozszczepienia pojedynczego ekscytonu z tetracenu – znanego materiału, który go wykazuje – na krystaliczny krzem. Ten materiał, tetracen, jest węglowodorem organiczny półprzewodnik. Przeniesienie osiągnięto poprzez umieszczenie dodatkowej cienkiej warstwy tlenoazotku hafnu (8 angstremów) pomiędzy ekscytonową warstwą tetracenu i krzemu słoneczny komórki i ich łączenie.
Ta maleńka warstwa tlenoazotku hafnu działała jak mostek i umożliwiła generację fotonów o wysokiej energii w warstwie tetracenowej, co następnie spowodowało uwolnienie dwóch elektronów w ogniwie krzemowym, w przeciwieństwie do zwykłego elektronu. To uczulenie krzemu słoneczny komórka zmniejszyła straty termizacji i umożliwiła lepszą wrażliwość na światło. Wydajność energetyczna słoneczny liczba komórek podwoiła się w miarę generowania większej ilości sygnału wyjściowego z zielonej i niebieskiej części widma. Może to zwiększyć efektywność słoneczny komórek aż do 35 procent. Technologia ta różni się od tandemowych ogniw słonecznych, ponieważ po prostu dodaje więcej prądu do krzemu bez dodawania dodatkowych ogniw.
Obecne badanie wykazało, że improwizowane krzemowe ogniwa słoneczne z rozszczepieniem pojedynczym mogą wykazywać zwiększoną wydajność, a tym samym obniżyć całkowity koszt wytwarzania energii w technologii słonecznej.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Einzinger, M. i in. 2019. Uczulenie krzemu przez rozszczepienie singletowe ekscytonowe w tetracenie. Natura. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
