Επιστήμονες από το MIT έχουν ευαισθητοποιήσει το υπάρχον πυρίτιο ηλιακός κύτταρα με μέθοδο σχάσης απλών εξιτονίων. Αυτό μπορεί να αυξήσει την αποτελεσματικότητα του ηλιακός κυψέλες από 18 τοις εκατό έως και 35 τοις εκατό διπλασιάζοντας έτσι την παραγωγή ενέργειας μειώνοντας έτσι το κόστος της ηλιακής τεχνολογίας.
Καθίσταται επιτακτική ανάγκη να μειώσουμε την εξάρτησή μας από τα ορυκτά καύσιμα και να δημιουργήσουμε τεχνολογίες για ένα βιώσιμο μέλλον. Ηλιακή ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη πηγή της ενέργεια όπου Ήλιος το φως μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Ηλιακά κύτταρα κατασκευάζονται συνήθως από πυρίτιο που χρησιμοποιεί φωτοβολταϊκή διαδικασία για να μετασχηματιστεί ηλιακό φως στην ηλεκτρική ενέργεια. Σχεδιάζονται επίσης διαδοχικά κύτταρα τα οποία γενικά περιλαμβάνουν κύτταρα περοβσκίτη όπου κάθε τμήμα του ηλιακός τα κύτταρα μπορούν να αξιοποιήσουν Ήλιος ενέργεια από το ποικίλο φάσμα του και έτσι έχουν υψηλότερη απόδοση. Τα ηλιακά κύτταρα που είναι διαθέσιμα σήμερα περιορίζονται από την απόδοσή τους που είναι μόλις 15-22 τοις εκατό.
Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 3 Ιουλίου στο Φύση έχει δείξει πώς το πυρίτιο ηλιακός Η απόδοση των κυττάρων θα μπορούσε να αυξηθεί έως και 35 τοις εκατό με την εφαρμογή ενός φαινομένου που ονομάζεται σχάση μονήρους εξιτονίου. Σε αυτό το φαινόμενο ένα μόνο σωματίδιο φωτός (φωτόνιο) μπορεί να δημιουργήσει δύο ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών σε αντίθεση με μόνο ένα. Η σχάση ενός εξιτονίου παρατηρείται σε πολλά υλικά από την ανακάλυψή της τη δεκαετία του 1970. Η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο να μεταφράσει αυτό το αποτέλεσμα για πρώτη φορά σε βιώσιμο ηλιακός κύτταρο.
Οι ερευνητές μετέφεραν το φαινόμενο της σχάσης ενός εξιτονίου από το τετρακένιο - ένα γνωστό υλικό που το εμφανίζει - σε κρυσταλλικό πυρίτιο. Αυτό το υλικό τετρακενίου είναι ένας υδρογονάνθρακας οργανικές ημιαγωγός. Η μεταφορά επιτεύχθηκε με την τοποθέτηση ενός επιπλέον λεπτού στρώματος οξυνιτριδίου του αφνίου (8 angstrom) μεταξύ του στρώματος εξιτονικού τετρακενίου και του πυριτίου ηλιακός κύτταρο και τη σύζευξή τους.
Αυτό το μικροσκοπικό στρώμα οξυνιτριδίου του αφνίου λειτούργησε ως γέφυρα και κατέστησε δυνατή τη δημιουργία φωτονίων υψηλής ενέργειας στο στρώμα τετρακενίου, τα οποία στη συνέχεια προκάλεσαν την απελευθέρωση δύο ηλεκτρονίων στο κύτταρο πυριτίου σε αντίθεση με το συνηθισμένο. Αυτή η ευαισθητοποίηση του πυριτίου ηλιακός Η κυψέλη μείωσε τις απώλειες θερμοποίησης και επέτρεψε την καλύτερη ευαισθησία στο φως. Η παραγωγή ενέργειας του ηλιακός Τα κύτταρα διπλασιάστηκαν καθώς παρήχθη περισσότερη έξοδος από πράσινα και μπλε μέρη του φάσματος. Αυτό μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα του ηλιακός κύτταρα έως και 35 τοις εκατό. Η τεχνολογία διαφέρει από τα διπλά ηλιακά κύτταρα καθώς προσθέτει περισσότερο ρεύμα στο πυρίτιο χωρίς να προσθέτει επιπλέον στοιχεία.
Η τρέχουσα μελέτη έδειξε αυτοσχέδια ηλιακά κύτταρα πυριτίου απλής σχάσης που μπορούν να παρουσιάσουν αυξημένη απόδοση και έτσι να μειώσουν το συνολικό κόστος παραγωγής ενέργειας της ηλιακής τεχνολογίας.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Einzinger, Μ. et αϊ. 2019. Ευαισθητοποίηση πυριτίου με σχάση μονήρους εξιτονίου σε τετρακένιο. Φύση. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
