Fotowoltaika z nowym rekordem. Kierunek pokazały nam bakterie
Słońce to potężne źródło energii, a my od dawna marzymy o tym, by wykorzystać je w pełni. Naukowcy z Julius-Maximilians-Universitat (JMU) w Würzburgu zbliżają nas o krok do tego celu, tworząc nowatorski system wychwytu światła, który może znacznie efektywniej pozyskiwać energię słoneczną.
Fotowoltaika staje się coraz popularniejszym sposobem na niskie rachunki. Jednak wydajność paneli słonecznych wciąż pozostawia wiele do życzenia. Niemieccy naukowcy postanowili to zmienić. Opracowali właśnie nowy i wydajny system zbierania światła.
Fotowoltaika jest też w naturze
Aby móc jak najskuteczniej przekształcać światło słoneczne w energię elektryczną lub inne formy energii, pierwszym wymaganym krokiem jest wydajny system zbierania światła. Najlepiej byłoby, gdyby był on panchromatyczny, tj. pochłaniał całe spektrum światła widzialnego.
Idealnym przykładem takiego urządzenia są kompleksy zbierające światło. Są to dosłownie anteny zbierające światło i choć brzmi to jak połączenie drutu i kabli, w tym przypadku mamy do czynienia z materiałem biologicznym.
Wyposażone są w nie bowiem rośliny i bakterie. To kompleksy białek i barwników fotosyntetycznych znajdujące się w błonach komórek organizmów fotosyntetyzujących.
Wychwytują one szerokie spektrum światła do fotosyntezy, ale mają bardzo złożoną strukturę i wymagają wielu różnych barwników, aby przekazać energię pochłoniętego światła.
Więcej o fotowoltaice przeczytasz na Spider`s Web:
Ludzkość bazuje na innym systemie zbierania światła, czyli popularnej fotowoltaice. Jednak jak wiemy, ma ona również wady.
Półprzewodniki nieorganiczne, takie jak krzem, są panchromatyczne (przypomnijmy - pochłaniają całe spektrum światła widzialnego), jednak słabo absorbują światło. Aby pochłonąć wystarczającą ilość energii świetlnej, wymagane są bardzo grube warstwy krzemu sięgające nawet mikrometrów, co sprawia, że ogniwa słoneczne są stosunkowo ciężkie.
Barwniki organiczne do ogniw słonecznych są znacznie cieńsze: grubość ich warstwy wynosi zaledwie około 100 nanometrów. Jednak ledwo udaje im się absorbować szeroki zakres widma i dlatego nie są szczególnie wydajne.
Nowy pomysł na energię ze Słońca
Naukowcy z Uniwersytetu Juliusa Maximiliana (JMU) w Würzburgu prezentują teraz w czasopiśmie Chem innowacyjny system zbierania światła, który znacznie różni się od poprzednich pomysłów. Postanowili zbudować urządzenia oparte na rozwiązaniach, jakie znaleźć można w przyrodzie - u roślin i bakterii, które przeprowadzają proces fotosyntezy.
Nasz system wykorzystuje wysokie współczynniki absorpcji barwników organicznych. Oznacza to, że podobnie jak naturalne systemy zbierające światło może absorbować dużo energii świetlnej w stosunkowo cienkiej warstwie
- mówi profesor chemii z JMU Frank Würthner.
Nauka działa jak magia
Krótko mówiąc, innowacyjna antena zbierająca światło z Würzburga składa się z czterech różnych barwników, które są złożone i ułożone blisko siebie. Wyrafinowany układ cząsteczek umożliwia ultraszybki i wydajny transport energii w antenie świetlnej. Choć każdy z nich oddzielnie słabo absorbuje światło, połączone stają się nagle gąbką na promienie Słońca, a ich wydajność gwałtownie rośnie.
Badacze z Niemiec nadali nazwę prototypowi nowego systemu zbierania światła URPB. Litery oznaczają długości fal światła pochłanianego przez cztery składniki barwnika anteny: U oznacza ultrafiolet, R oznacza kolor czerwony, P oznacza fiolet, B oznacza kolor niebieski.
Naukowcy wykazali w badaniu, że ich nowatorski system zbierania światła działa bez zarzutu i osiąga doskonałe rezultaty. Okazało się, że system przekształca aż 38 proc. energii świetlnej. Aktualne systemy fotowoltaiczne mają wydajność na poziomie około 25 proc.
Naukowcy z Würzburga kontynuują badania, udoskonalając swój system i testując go w warunkach rzeczywistych. Możemy śmiało oczekiwać, że ich ewentualny sukces odmieni oblicze fotowoltaiki i przybliży nas do świata zasilanego czystą energią słoneczną.
