Znanstveniki z MIT so senzibilizirali obstoječi silicij sončna celic z metodo cepitve singletnega ekscitona. To lahko poveča učinkovitost sončna celic z 18 odstotkov na kar 35 odstotkov, s čimer se podvoji proizvodnja energije in s tem zmanjšajo stroški solarne tehnologije.
Postaja nujno zmanjšati svojo odvisnost od fosilnih goriv in zgraditi tehnologije za trajnostno prihodnost. Sončna energija je obnovljiv vir energija Kje Sončevo svetloba se pretvarja v električno energijo. Sončne celice so najpogosteje izdelani iz silicija, ki za transformacijo uporablja fotovoltaični proces sončni žarki v elektriko. Načrtujejo se tudi tandemske celice, ki na splošno vključujejo perovskitne celice, kjer vsak del sončna celice lahko izkoristijo Sončevo energije iz njenega raznolikega spektra in imajo tako večjo učinkovitost. Sončne celice, ki so danes na voljo, so omejene z njihovo učinkovitostjo, ki znaša le 15-22 odstotkov.
Študija, objavljena 3. julija leta Narava je pokazal, kako silicij sončna učinkovitost celic bi lahko dvignili do 35 odstotkov z uporabo učinka, imenovanega cepitev singletnega ekscitona. Pri tem učinku lahko en sam delec svetlobe (foton) ustvari dva para elektron-luknja v nasprotju s samo enim. Cepitev z enim ekscitonom je vidna v številnih materialih od njegovega odkritja v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. Cilj trenutne študije je bil ta učinek prvič pretvoriti v izvedljivega sončna celica.
Raziskovalci so prenesli cepitveni učinek enega ekscitona iz tetracena – znanega materiala, ki ga kaže – v kristalni silicij. Ta material tetracen je ogljikovodik organsko polprevodnik. Prenos je bil dosežen z namestitvijo dodatne tanke plasti hafnijevega oksinitrida (8 angstromov) med ekscitonično plast tetracena in silicij sončna celico in njihovo spajanje.
Ta majhna plast hafnijevega oksinitrida je delovala kot most in omogočila generiranje visokoenergijskih fotonov v tetracenski plasti, ki je nato sprožila sprostitev dveh elektronov v silicijevi celici v nasprotju z običajno. Ta preobčutljivost silicija sončna celica zmanjšala termalizacijske izgube in omogočila boljšo občutljivost na svetlobo. Izhodna energija sončna celic se je podvojilo, ko je bilo več izhoda ustvarjenega iz zelenih in modrih delov spektra. To lahko poveča učinkovitost sončna celic do 35 odstotkov. Tehnologija se razlikuje od tandemskih sončnih celic, saj samo doda več toka siliciju brez dodajanja dodatnih celic.
Trenutna študija je pokazala improvizirane silicijeve sončne celice s singletno fisijo, ki lahko pokažejo večjo učinkovitost in tako zmanjšajo skupne stroške proizvodnje energije sončne tehnologije.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Einzinger, M. et al. 2019. Senzibilizacija silicija s singletnim ekscitonskim cepljenjem v tetracenu. Narava. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
