Prąd ze wszystkich kolorów tęczy

Naukowcy pokonali problemy z zasilaniem słonecznym.

Naukowcom udało się stworzyć nowy materiał, który pokonuje główne problemy z zasilaniem słonecznym. Opracowana technologia pozwala na wykorzystanie całej energii, jaką niosą promienie słoneczne. Łatwiej można też schwytać elektrony, które powstają w wyniku efektu fotoelektrycznego.

- Istnieją już podobne hybrydowe materiały, jednak zdecydowaną przewagą naszego rozwiązania jest to, że jesteśmy w stanie uzykiwać energię z całego zakresu widma światła słonecznego – wyjaśnia profesor Malcolm Chisholm, kierownik wydziału chemii Ohio State University.

Światło słoneczne zawiera cały zakres kolorów, które można zobaczyć gołym okiem – wszystkie kolory tęczy. To co ludzkie oko interpretuje jako poszczególne bawy, to w rzeczywistości różne poziomy energii – poszczególne częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego. Dotychczasowe materiały mogły reagować jedynie na niewielki zakres częstotliwości, przez co były w stanie uzyskać tylko część energii niesionej przez Słońce. Nowy materiał stworzony na Uniwersytecie w Ohio nie ma tej wady – absorbuje całą energię światła widzialnego

Energia elektryczna powstaje w nim w ten sam sposób, jak w istniejących ogniwach fotowoltaicznych. Światło to fala elektromagnetyczna - tak jak każda taka fala niesie pewną energię, którą może przekazać napotkanym na drodze cząsteczkom. Gdy na powierzchnię materiału pada światło, energia przekazywana jest elektronom, które są “wybijane” z materiału. Właśnie te wychodzące elektrony stanowią prąd. Niestety taki opis zjawiska jest idealny, a rzeczywistość nieco całą sprawę komplikuje. Elektrony pozostają wolne wyłącznie ułamki sekund i muszą być schwytane w tak krótkim czasie - inaczej wrócą do atomów, z których wybiegły. W nowym hybrydowym materiale naukowcom udało się zatrzymać elektrony poza atomami na dłużej.

Chemicy przy tworzeniu nowatorskiego ogniwa wykorzystali symulacje komputerowe różnych konfiguracji budowy molekularnej materiału. Syntezy cząsteczek oraz pomiarów właściwości dokonali badacze z National Taiwan University. Wyniki były zaskakujące, ponieważ nowy materiał nie tylko fluoryzował, tak jak niektóre z ogniw słonecznych, ale także fosforyzował. W czasie tego procesu również wyzwalana jest energia. Zauważono także nietypowe zachowanie elektronów – te emitowane z materiału były w dwóch różnych stanach. To drugi stan odpowiedzialny jest za dłuży czas uwolnienia elektronów.

Profesor  Chisholm zaznacza, że minie jeszcze kilka lat zanim rozpocznie się produkcja ogniw słonecznych nowej generacji. Udowodniono jednak najważniejsze – hybrydowe materiały oferują całkowicie nowe i niespotykane właściwości, które mogą zrewolucjonizować zarówno energetykę jak i cały przemysł.

Przemysław Goławski