Molekularni krawcy uszyli nanośnieżynki dla wydajniejszych ogniw słonecznych
Kiedy cząsteczki tetracenu są układane w strukturę nanośnieżynki, zachodzi w nich proces zwanym rozszczepieniem singletowym, który pozwala na uzyskanie dwóch elektronów z jednego fotonu. Odkrycie to, pochodzące z badań polskich i tajwańskich naukowców, może przyczynić się do zwiększenia wydajności paneli słonecznych.
Prace badawcze odbywały się pod opieką dr. Przemysława Gawła z Instytutu Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk. Głównym badaczem i autorem publikacji w prestiżowym czasopiśmie Angewandte Chemie jest dr Maciej Majdecki z IChO PAN. Dr Majdecki, pasjonat fotografii, na swoich internetowych profilach (luminescent_chemist) ukazuje urok reakcji chemicznych i związków fluorescencyjnych. Dzięki zastosowaniu specjalnego oświetlenia UV demonstruje on, jak fascynująca może być chemia. Na swoich zdjęciach przedstawił także swoje badania nad związkami, które mogą zwiększyć efektywność paneli słonecznych.
Nie Najmocniejsze Ogniwo
W wywiadzie dla PAP dr Maciej Majdecki podkreśla, że teoretyczna wydajność ogniw fotowoltaicznych może osiągać maksymalnie 33%. Oznacza to, że jedynie co trzeci foton padający na ogniwo słoneczne przyczynia się do generowania prądu poprzez uwolnienie elektronu. Niestety, wiele fotonów trafiających na panele jest przekształcanych w ciepło, które nie tylko nie jest wykorzystywane, ale również obniża efektywność i żywotność paneli. W związku z tym większość energii słonecznej pozostaje niewykorzystana, co jest dużą stratą.
Foton i Dwa Elektrony
Jest jednak nadzieja na podniesienie efektywności ogniw poprzez wykorzystanie bardziej efektywnych procesów konwersji światła na energię elektryczną. Jednym z takich procesów jest rozszczepienie singletowe (ang. singlet fission), które pozwala na wytworzenie dwóch elektronów z jednego fotonu. Dr Majdecki wyjaśnia, że efektywność tego procesu może osiągnąć nawet 200%, co oznacza znaczący potencjał dla przyszłości technologii fotowoltaicznych.
Dr Maciej Majdecki podkreśla, że integracja rozszczepienia singletowego w silikonowych warstwach komórek fotowoltaicznych może podnieść ich sprawność do 45%, co otwiera nowe perspektywy dla badań nad energią słoneczną.
Badania nad użyciem pentacenu, organicznego związku składającego się z pięciu pierścieni benzenu, napotkały problemy związane z niekompatybilnością energetyczną z krzemem, co skierowało naukowców ku poszukiwaniu nowych molekuł lepiej współpracujących z tym pierwiastkiem.
Dr Przemysław Gaweł wraz z zespołem z Instytutu Chemii Organicznej PAN skupia się na tetracenie, tańszej i prostszej alternatywie dla pentacenu. Tetracen, łatwy do uzyskania w formie pomarańczowego proszku, wykazuje większą kompatybilność energetyczną z krzemem, co pozwala zwiększyć efektywność przetwarzania światła w energię.
Zaawansowane techniki „krawiectwa molekularnego” umożliwiły naukowcom stworzenie struktur nanośnieżynkowych z monomerów tetracenu, zwiększając efektywność rozszczepienia singletowego aż o 200%. Struktury takie, jak sześcioramienna nanośnieżynka, umożliwiają przemianę jednego fotona w dwa elektrony, co stanowi rekordowy wynik.
Jednakże, mimo obiecujących wyników, tetracen szybko degraduje pod wpływem światła UV, co stanowi wyzwanie dla jego stabilności i wymaga dalszych badań nad poprawą jego trwałości.
Naukowcy dążą do opracowania stabilniejszych związków, które mogłyby znaleźć zastosowanie w technologii solarnych, mimo że polski przemysł nie wykazuje zainteresowania ich wynikami. Potrzeba więcej badań, szczególnie w warunkach ciała stałego, które mogą potencjalnie oferować lepsze właściwości niż roztwory.
Źródło: naukawpolsce.pl
