Odkritje, ki lahko znatno poveča izkoristek sončnih celic

„Proizvodnja sončnih celic iz plastičnih polprevodnikov ima veliko prednosti, ena od teh je nizka cena. Naše odkritje v kombinaciji z velikimi zmožnostmi za molekularno zasnovo in sintezo odpira vrata do razburljivega novega pristopa k pretvorbi sončne energije, ki vodi do precej večje učinkovitosti,“ pravi Xiaoyang Zhu, profesor kemije in vodja ekipe. Znanstveniki so 16. decembra novo odkritje objavili v reviji Science.

Največji teoretični izkoristek silikonske sončne celice, ki se uporablja danes, je približno 31 odstotkov, kajti večina sončne energije, ki pada na sončno celico, je premočna, da bi jo celica lahko pretvorila v uporabno električno energijo. Ta energija se zato v obliki „vročih elektronov“ izgubi kot toplota. Zajemanje „vročih elektronov“ bi medtem lahko povečalo učinkovitost pretvorbe sončne energije v električno na do 66 odstotkov.

Zhu in njegova ekipa so v raziskavi, leta 2010 objavljeni v reviji Science, že pokazali, da bi te „vroče elektrone“ lahko ujeli s pomočjo polprevodnih nanokristalov. Zhu je takrat dejal, da je dejanska implementacija takšne tehnologije zelo zahtevna. „Kot prvo lahko 66-odstotni izkoristek dosežemo samo, če uporabimo zelo fokusirano sončno svetlobo in ne samo 'surovo' sončno svetlobo, ki ponavadi pade na sončne elektrarne. To povzroča težave, ko razmišljamo o snovanju novega materiala ali naprave,“ je pojasnil Zhu.

Da bi zaobšli ta problem, so Zhu in njegova ekipa našli alternativo. Odkrili so, da foton proizvaja „temno kvantno 'senčno stanje'“, iz katerega lahko nato učinkovito zajamemo dva elektrona in proizvedemo več energije v organskem polprevodniku pentacena. S tem mehanizmom bi lahko po Zhujevih besedah povečali učinkovitost sončnih celic na 44 odstotkov, ne da bi se morali osredotočiti na sončni žarek, s tem pa bi spodbudili širšo uporabo sončne energije.