MIT:n tutkijat ovat herkistineet olemassa olevan piin aurinko- solut singlettieksitonifissiomenetelmällä. Tämä voi lisätä tehokkuutta aurinko- kennojen 18 prosentista jopa 35 prosenttiin, mikä kaksinkertaistaa energiantuotannon ja vähentää näin aurinkoteknologian kustannuksia.
On tulossa välttämättömäksi vähentää riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista ja rakentaa teknologioita kestävää tulevaisuutta varten. Aurinkoenergiaa on uusiutuva lähde energia jossa Aurinko valo muunnetaan sähköenergiaksi. Aurinkokennot ovat yleisimmin valmistettu piistä, jonka muuntamiseen käytetään aurinkosähköprosessia auringonvalo sähköön. Suunnitellaan myös tandemsoluja, jotka sisältävät yleensä perovskiittisoluja, joissa jokainen osa aurinko- solut voivat valjastaa Aurinko energiaa sen monipuolisesta spektristä ja siten niiden hyötysuhde on korkeampi. Nykyään saatavilla olevia aurinkokennoja rajoittaa niiden hyötysuhde, joka on vain 15-22 prosenttia.
Tutkimus julkaistiin 3. heinäkuuta vuonna luonto on osoittanut kuinka pii aurinko- solujen tehokkuutta voitaisiin nostaa jopa 35 prosenttiin käyttämällä vaikutusta, jota kutsutaan singlettieksitonifissioksi. Tässä vaikutuksessa yksi valohiukkanen (fotoni) voi muodostaa kaksi elektronireikäparia, toisin kuin vain yksi. Yksittäinen eksitonifissio on nähtävissä monissa materiaaleissa sen jälkeen, kun se löydettiin 1970-luvulla. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kääntää tämä vaikutus ensimmäistä kertaa elinkelpoiseksi aurinko- solu.
Tutkijat siirsivät yksittäiseksitonifissiovaikutuksen tetraseenista – tunnetusta materiaalista, jossa sitä esiintyy – kiteiseen piin. Tämä materiaali tetraseeni on hiilivety orgaaninen puolijohde. Siirto saavutettiin asettamalla ylimääräinen ohut kerros hafniumoksinitridiä (8 angströmiä) eksitonisen tetraseenikerroksen ja piin väliin aurinko- soluun ja kytkemällä ne.
Tämä pieni hafniumoksinitridikerros toimi siltana ja mahdollisti korkean energian fotonien muodostumisen tetraseenikerroksessa, mikä sitten laukaisi kahden elektronin vapautumisen piikennossa toisin kuin tavallisessa. Tämä piin herkistyminen aurinko- solu vähensi lämpöhäviöitä ja mahdollisti paremman herkkyyden valolle. Energian tuotto aurinko- solut kaksinkertaistuivat, kun spektrin vihreistä ja sinisistä osista tuotettiin enemmän ulostuloa. Tämä voi parantaa tehokkuutta aurinko- soluja jopa 35 prosenttiin. Tekniikka eroaa tandem aurinkokennoista, koska se vain lisää piin virtaa lisäämättä kennoja.
Nykyinen tutkimus on osoittanut improvisoidut singlet-fission piiaurinkokennot, jotka voivat parantaa tehokkuutta ja siten alentaa aurinkoteknologian kokonaisenergian tuotantokustannuksia.
***
{Voit lukea alkuperäisen tutkimuspaperin napsauttamalla alla olevaa DOI-linkkiä lainattujen lähteiden luettelossa}
Lähteet)
Einzinger, M. et ai. 2019. Piin herkistäminen singlettieksitonifissiolla tetraseenissa. Luonto. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
