„Kanapki" z materiałów zwiększają efektywność ogniw słonecznych

Fot. Pixabay, CC0

Ogniwa słoneczne mają ogromny potencjał, by stać się źródłem czystej energii elektrycznej, ale do tej pory nie były ani tanie, ani wystarczająco elastyczne do powszechnego użytku. Zespół badawczy André D. Taylora z Tandon School of Engineering czerpie z natury, aby stworzyć takie, które mogłoby być szerzej używane.

Większość organicznych ogniw słonecznych jest zbudowanych z fulerenu, odmiany allotropowej węgla. Problem jednak polega na tym, że jest on drogi i nie absorbuje wystarczającej ilości światła. Prof. Taylor od niemal 10 lat pracuje nad zbudowaniem ogniwa niefulerenowego.
Swój pomysł oparł na schemacie kanapki. "Mięso lub warstwa aktywna - zbudowana z donorów i akceptorów elektronów - znajduje się pośrodku, absorbując światło słoneczne i przekształcając je w energię elektryczną (elektrony i dziury), podczas gdy warstwa "chlebowa", czyli zewnętrzna składa się z elektrod transportujących tę energię elektryczną."

Praca jego zespołu miała na celu sprawienie, by komórka absorbowała światło w jak najszerszym spektrum, jednocześnie umożliwiając tym materiałom dobrą współpracę. Jednak właściwe połączenie tych różnorodnych materiałów jest trudne do osiągnięcia.

Jak udało się to osiągnąć zespołowi prof. Taylora? "Dodaliśmy małą cząsteczkę, która sama działa jako donor elektronów i zwiększa absorpcję aktywnej warstwy" - wyjaśnia. W budowie ogniwa wykorzystano także inny mechanizm projektowania, który znany jest jako FRET. Jest to mechanizm transferu energii zaobserwowany w procesie fotosyntezy.

Dzięki nowemu podejściu, zespół zamienił ponad 10 % energii słonecznej w energię elektryczną, co jeszcze kilka lat temu uznawano za zbyt ambitny cel. "Istnieją obecnie nowe systemy niefulerenowe, które mogą osiągać ponad 13%, dlatego uważamy nasze badania za realny wkład w strategię ulepszania tych systemów" - mówi Taylor.

Te nowe ogniwa mogą pewnego dnia zostać wykorzystane w aplikacjach obsługujących pojazdy elektryczne i elektronikę przenośną. W końcu mogą znacznie przyczynić się do zaopatrzenia w energię elektryczną. "Spodziewamy się, że ta metoda krystalizatora zwróci uwagę chemików i naukowców zajmujących się materiałami związanymi z elektroniką organiczną" - mówi Yifan Zheng, były uczestnik badań Taylora i główny autor artykułu na temat pracy w czasopiśmie Materials Today.

(KB)