Connect with us

Znanost

Fizika

Uskoro moguća proizvodnja učinkovitih i jeftinih plastičnih solarnih ćelija?

Rezultati istraživanja, objavljeni u znanstvenom časopisu Nature Materials mogli bi povećati udio solarne energije kao alternative proizvodnji električne energije fosilnim gorivima.

Fizičari sa sveučilišta Rutgers otkrili su nova svojstva materijala koji bi mogao poslužiti za proizvodnju učinkovitih, ali i jeftinih plastičnih solarnih ćelija. Takva proizvodnja energije značila bi i značajno smanjenje onečišćenja okoliša.

Otkriće je već objavljeno na internetskom izdanju znanstvenog časopisa Nature Materials, a naći će se i sljedećem tiskanom izdanju istog časopisa. Znanstvenici su naime otkrili kako čestice koje prenose energiju, a koje generiraju paketići svjetlosti, mogu putovati čak tisuću puta dalje kroz organske poluvodiče (zasnovane na ugljiku) nego li se dosad mislilo. Zahvaljujući tome, znanstvenici se nadaju kako će jednog dana biti moguće proizvesti solarne ćelije zasnovane na tehnologiji pupanja koje bi mogle zamijeniti solarne ćelije zasnovane na siliciju. Takve bi ćelije ujedno bile i mnogo jeftinije, ali istovremeno i učinkovitije od procesa proizvodnje električne struje preradom fosilnih goriva.

“Organski poluvodiči mnogo obećavaju kao potencijalni materijali za proizvodnju solarnih ćelija, ali i drugih uređaja poput video zaslona. Oni se naime mogu proizvoditi u obliku plastičnih listova”, objašnjava Vitaly Podzorov, profesor asistent fizike na sveučilištu Rutgers. “Ipak, limitirana mogućnost pretvorbe energije fotona u napon dugo ih je držala na začelju skupine sličnih uređaja. Očekujemo kako će naše otkriće stimulirati danji razvoj takve tehnologije.”

Podzorov i njegovi kolege opazili su ekscitone, čestice koje nastaju prilikom apsorpcije fotona na poluvodič, koji mogu putovati čak tisuću puta dalje u strukturu izrazito čistog organskog poluvodiča pod nazivom rubren. Dosad se smatralo kako ekscitoni mogu prevaliti manje od 20 nm kroz strukturu organskih poluvodiča.

“Sada smo prvi puta opazili kako je eksciton tijekom gibanja prevalio nekoliko mikrometara”, navodi Podzorov, naglašavajući kako su izmjerili difuzne duljine od dva do osam mikrometara. Ovo je slično difuziji ekscitona u anorganskim solarnim ćelijama izrađenim od silicija ili pak galij-arsenida. “Jednom kada difuzna udaljenost ekscitona postane mjerljiva s duljinom apsorpcije svjetla, možete takav materijal koristiti za učinkovito pretvaranje solarne u električnu energiju.”

Ekscitoni su kvazi-čestice sastavljene od sparenih elektrona i šupljine (pozitivnog naboja koji se pripisuje nedostatku elektrona). Kada se sudare sa spojem, ekscitoni mogu generirati pretvorbu fotonske u električnu energiju pri čemu se elektroni pomiču na jednu, a šupljine na drugu stranu spoja. Kada bi ekscitoni difundirali svega jednu desetinu nanometra, samo bi oni najbliži spoju mogli sudjelovati u proizvodnji električne struje. Zbog toga današnje organske ćelije karakterizira slaba mogućnost pretvorbe fotonske u električnu energiju. “Sada gubimo čak 99% energije sunčeve svjetlosti”, naglašava Podzorov.

Iako su ekstremno čisti kristali rubrena, koje proizvode fizičari na sveučilištu Rutgers, trenutačno namijenjeni samo za laboratorijska istraživanja, postoje naznake kako difuzija ekscitona kroz usko grlo nije intrinzično ograničenje organskih poluvodiča. Ukoliko se nastavi, rad na usavršavanju takvih poluvodiča moga bi dovesti do povećane učinkovitosti materijala spremnih i za industrijsku proizvodnju.

Znanstvenici su otkrili kako ponašanje ekscitona u njihovim kristalima rubrena uvelike nalikuje ponašanju ekscitona u anorganskim kristalima, delokaliziranih formi poznatijih pod nazivom Wannier-Mott odnosno WM ekscitonima. Dosad su znanstvenici vjerovali kako su u organskim poluvodičima prisutni samo tzv. Frenkelovi ekscitoni, više lokalizirane forme ekscitona. WM ekscitoni brže se kreću kroz kristalnu rešetku što im daje bolja optičko-elektronska svojstva.

Podzorov naglašava i kako je još jedno veliko postignuće ovog istraživanja nov pristup mjerenju ekscitona, zasnovan na optičkoj spektroskopiji. Pošto ekscitoni nemaju naboj, teško ih je istraživati standardnim metodama. Znanstvenici su razvili tehniku pod nazivom polarizacijska spektroskopija rastvorene fotostruje. Tom se tehnikom razdvaja elektrone na površini kristala pri čemu se oslobađa jaka fotostruja. Podzorov tvrdi kako bi se ova tehnika trebala moći primijeniti i na druge materijale.

Izvor: Rutgers University

Life is a sexually transmitted disease and there is a 100% mortality rate.

Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Fizika

Popularno

Advertisement

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh