MIT-i teadlased on sensibiliseerinud olemasolevaid räni päikesepatareid singlet-eksitonlõhustumise meetodil. See võib suurendada päikesepatareide efektiivsust 18 protsendilt kuni 35 protsendini, kahekordistades seeläbi energiatootlikkust ja vähendades seeläbi päikeseenergia tehnoloogia kulusid.
Fossiilkütustest sõltuvuse vähendamine ja jätkusuutliku tuleviku tehnoloogiate loomine on muutumas hädavajalikuks. Päikeseenergia on taastuv energiaallikas , kus päikesevalgus muundatakse elektrienergiaks. Päikesepatareid on kõige sagedamini valmistatud ränist, mis kasutab päikesevalguse elektrienergiaks muutmiseks fotogalvaanilist protsessi . Samuti on kavandatud tandem-elemente, mis sisaldavad tavaliselt perovskiidi elemente, kus iga päikesepatareide osa saab rakendada päikeseenergiat selle mitmekesisest spektrist ja seega on nende efektiivsus suurem. Tänapäeval saadaolevate päikesepatareide efektiivsus on piiratud 15–22 protsendiga.
3. juulil ajakirjas Nature avaldatud uuring näitas, kuidas räni päikesepatareide efektiivsust saab tõsta kuni 35 protsendini, rakendades efekti, mida nimetatakse singleti eksitoni lõhustumiseks. Selle efekti puhul saab üksik valgusosake (footon) genereerida kaks elektron-auk paari, mitte ainult ühe. Üksiku eksitoni lõhustumist on alates selle avastamisest 1970. aastatel nähtud paljudes materjalides. Käesoleva uuringu eesmärk oli seda efekti esmakordselt elujõulisesse päikesepatareisse rakendada.
Teadlased kandsid üksiku eksitoni lõhustumisefekti tetratseenist – tuntud materjalist, mis seda avaldab – kristallilisse räni. See materjal tetratseen on süsivesinik- orgaaniline pooljuht. Ülekanne saavutati, asetades eksitoonse tetratseenkihi ja räni päikesepatarei vahele täiendava õhukese hafniumoksünitriidi kihi (8 Å) ning need ühendades.
See pisike hafniumoksünitriidi kiht toimis sillana ja võimaldas tetratseenikihis kõrge energiaga footonite teket, mis seejärel vallandas ränielemendis kahe elektroni vabanemise tavapärase ühe asemel. See räni päikesepatarei sensibiliseerimine vähendas termiliseerituskadusid ja võimaldas paremat valgustundlikkust. Päikesepatareide energiatoodang kahekordistus, kuna spektri rohelisest ja sinisest osast genereeriti rohkem väljundit. See võib suurendada päikesepatareide efektiivsust kuni 35 protsendini. Tehnoloogia erineb tandem-päikesepatareidest selle poolest, et see lisab ränile lihtsalt rohkem voolu ilma täiendavaid elemente lisamata.
Praegune uuring on näidanud improviseeritud üksikute lõhustuvate räni päikesepatareide kasutamist, mis võivad suurendada efektiivsust ja seega vähendada päikesetehnoloogia üldisi energiatootmise kulusid.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Einzinger, M. jt. 2019. Räni sensibiliseerimine singleti eksitoni lõhustumise teel tetratseenis. Nature. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
