Научници развија нов пристап што би можел значително да ја подобри ефикасноста на сончевите технологии, користејќи молекуларен систем способен да „извлече“ повеќе енергија од сончевата светлина отколку што досега се сметаше за можно. Истражувањето, објавено на 25 март во Journal of the American Chemical Society, го предводеле истражувачи од Универзитетот Кјушу во Јапонија, во соработка со Универзитетот Johannes Gutenberg Mainz во Германија.
Сончевата енергија е еден од клучните столбови во намалувањето на зависноста од фосилните горива и во борбата против климатските промени. Иако Сонцето постојано испорачува огромни количества енергија до Земјата, современите соларни ќелии искористуваат само дел од неа. Причината е добро познато физичко ограничување, наречено Шокли-Квајсерова граница, кое долго време важеше за речиси ненадминливо.
Како се губи дел од сончевата енергија?
Соларните ќелии создаваат електрична енергија кога фотоните од сончевата светлина удираат во полупроводник и ја пренесуваат својата енергија на електроните. Но, не сите фотони се подеднакво корисни. Инфрацрвените фотони со ниска енергија не можат доволно да ги возбудат електроните, додека фотоните со висока енергија, како сината светлина, го губат вишокот енергија како топлина. Поради тоа, класичните соларни ќелии можат да искористат само околу една третина од пристигнатата сончева енергија.
Синглетна фисија: една честичка, две возбуди
Тимот се фокусирал на процес наречен синглетна фисија, кој често се опишува како „технологија од соништата“ за подобрување на претворањето на светлината во енергија. Вообичаено, еден фотон создава само еден екситон, односно возбуда што може да пренесе енергија. Но, кај синглетната фисија, еден екситон може да се подели на два понискоенергетски триплетни екситони, со што потенцијално се удвојува корисната енергија.
Проблемот е што овој процес тешко се искористува во пракса. Енергијата често се губи преку механизам наречен Ферстеров резонантен трансфер на енергија (FRET), уште пред новосоздадените екситони да можат да бидат „фатени“ и употребени.
Молибденски комплекс како клучно решение
За да го надминат овој проблем, истражувачите употребиле метален комплекс базиран на молибден, познат како „spin-flip“ емитер. Овој систем му овозможува на електронот да го промени својот спин при апсорпција или емисија на блиска инфрацрвена светлина, што му помага ефикасно да ја преземе триплетната енергија создадена со синглетната фисија.
Со внимателно усогласување на енергетските нивоа, научниците успеале да ги намалат загубите преку FRET и поефикасно да ги извлечат умножените екситони. Во комбинација со материјали на база на тетрацен, системот во раствор постигнал квантен принос од околу 130%. Тоа значи дека за секој апсорбиран фотон биле активирани приближно 1,3 молибденски комплекси, односно биле создадени повеќе носители на енергија отколку што имало влезни фотони.
Што значи ова за идните технологии?
Иако станува збор за доказ на концепт, резултатите покажуваат нова насока за развој на понапредни соларни ќелии. Следниот чекор ќе биде интеграција на овие материјали во цврсти системи, што би можело да овозможи попрактична примена во реални уреди.
Покрај соларната енергија, оваа стратегија би можела да најде примена и во LED технологии, како и во нови квантни уреди. Ако идните истражувања ја потврдат нејзината ефикасност и во практични услови, ваквиот пристап би можел да стане важен дел од следната генерација енергетски технологии.
