MIT-i teadlased on sensibiliseerinud olemasoleva räni päikese- rakud singlett-eksitoni lõhustumise meetodil. See võib suurendada tõhusust päikese- elemendid 18 protsendilt kuni 35 protsendini, kahekordistades energiatoodangut, vähendades seeläbi päikesetehnoloogia kulusid.
On muutumas hädavajalikuks vähendada meie sõltuvust fossiilkütustest ja luua tehnoloogiaid jätkusuutliku tuleviku jaoks. Päikeseenergia on taastuv allikas energia kus Päikese oma valgus muundatakse elektrienergiaks. Päikesepatareid on enamasti valmistatud ränist, mis kasutab muundamiseks fotogalvaanilist protsessi päikesevalgus elektrisse. Kavandatakse ka tandemrakke, mis sisaldavad üldiselt perovskite rakke, kus iga sektsioon on päikese- rakud saavad kasutada Päikese oma energiat selle mitmekesisest spektrist ja seega on neil suurem tõhusus. Tänapäeval saadaolevaid päikesepatareisid piirab nende efektiivsus, mis on vaid 15–22 protsenti.
3. juulil aastal avaldatud uuring loodus on näidanud, kuidas räni päikese- rakkude efektiivsust saab tõsta kuni 35 protsendini, rakendades efekti, mida nimetatakse singlet-eksitoni lõhustumiseks. Selles efektis võib üks valgusosake (footon) tekitada kaks elektron-augu paari, mitte ainult üks. Ühekordset eksitoni lõhustumist on paljudes materjalides näha alates selle avastamisest 1970. aastatel. Käesoleva uuringu eesmärk oli muuta see efekt esimest korda elujõuliseks päikese- rakk.
Teadlased kandsid ühe eksitoni lõhustumise efekti tetratseenist – teadaolevast materjalist, mis seda eksponeerib – kristallilisse räni. See materjal tetratseen on süsivesinik orgaaniline pooljuht. Ülekanne saavutati täiendava õhukese hafniumoksünitriidi kihi (8 angströmi) asetamisega eksitoonse tetratseeni kihi ja räni vahele päikese- rakku ja nende ühendamist.
See pisike hafniumoksünitriidi kiht toimis sillana ja võimaldas tetratseenikihis tekitada kõrge energiaga footoneid, mis seejärel vallandas ränielemendis kahe elektroni vabanemise, erinevalt tavalisest. See räni sensibiliseerimine päikese- rakk vähendas termiliseerimiskadusid ja võimaldas paremat valgustundlikkust. Energia väljund päikese- rakud kahekordistusid, kuna spektri rohelisest ja sinisest osast saadi rohkem väljundit. See võib suurendada tõhusust päikese- rakud kuni 35 protsendini. Tehnoloogia erineb tandempäikesepatareidest, kuna see lihtsalt lisab ränile 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. et al. 2019. Räni sensibiliseerimine singleti eksitoni lõhustumise teel tetratseenis. Loodus. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
