REKLAMA

Oto całkiem nowe panele fotowoltaiczne. Te używane teraz trafią do muzeum

Fotowoltaika w szybie, wydajna, tania i ekologiczna. To bliska już przyszłość dzięki niezwykłemu odkryciu amerykańskich naukowców.

fotowoltaika
REKLAMA

Naukowcy z Uniwersytetu Kansas dokonali przełomowego odkrycia w dziedzinie półprzewodników organicznych, otwierając tym samym drzwi do produkcji bardziej wydajnych i wszechstronnych ogniw słonecznych. Ta nowatorska technologia może zrewolucjonizować sposób, w jaki pozyskujemy energię słoneczną, czyniąc ją bardziej dostępną i przyjazną dla środowiska.

Energia słoneczna jest kluczowa dla przyszłości czystej energii. Tradycyjnie energia słoneczna jest pozyskiwana przy użyciu paneli fotowoltaicznych na bazie krzemu - tego samego materiału półprzewodnikowego, który jest używany w codziennych urządzeniach elektronicznych. Jednak krzemowe panele słoneczne mają wady: są drogie, trudne do zamontowania na zakrzywionych powierzchniach, a ich recykling to złożony i kosztowny proces.

REKLAMA

Fotowoltaika przyszłości

Aby rozwiązać te niedociągnięcia, naukowcy opracowali alternatywne materiały do ​​pozyskiwania energii słonecznej. Do najbardziej obiecujących należą tzw. półprzewodniki organiczne, półprzewodniki na bazie węgla, które są tańsze i przyjazne dla środowiska.

Półprzewodniki organiczne mogą obniżyć koszty produkcji paneli słonecznych, ponieważ tym materiałem można pokrywać dowolne powierzchnie, także za pomocą metod opartych na roztworach - tak jak malujemy ścianę

Co więcej, panele fotowoltaiczne na bazie półprzewodników organicznych można dostroić tak, aby pochłaniały światło o wybranych długościach fal, co można wykorzystać do tworzenia przezroczystych paneli słonecznych lub paneli o różnych kolorach.

Chociaż półprzewodniki organiczne są już stosowane w wyświetlaczach elektroniki użytkowej - w smartfonach, telewizorach i zestawach rzeczywistości wirtualnej, nie są jeszcze szeroko stosowane w komercyjnych panelach słonecznych.

Jedną z wad organicznych ogniw słonecznych jest ich niska wydajność konwersji światła na energię elektryczną, wynosząca około 12 proc. w porównaniu z monokrystalicznymi ogniwami słonecznymi z krzemu, które działają ze sprawnością 25 proc.

Jednak niedawny rozwój nowej klasy półprzewodników organicznych znanych jako akceptory niefulerenowe (NFA) zmienił te proporcje. Organiczne ogniwa słoneczne wykonane z NFA mogą osiągnąć wydajność bliższą 20 proc.

Więcej o fotowoltaice przyszłości przeczytasz na Spider's Web:

Co się dzieje w jednej bilionowej sekundy?

Pomimo znakomitych osiągów, społeczność naukowa nie potrafi wyjaśnić, dlaczego NFA znacząco przewyższa inne półprzewodniki organiczne.

W przełomowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Advanced Materials zespół Chana odkrył mikroskopijny mechanizm, który częściowo wyjaśnia przyczynę wyjątkowej wydajności osiąganej przez NFA.

Kluczem do tego odkrycia były pomiary wykonane przy użyciu eksperymentalnej techniki zwanej „time-resolved two photon photoemission spectroscopy” lub TR-TPPE. Ta metoda pozwoliła zespołowi śledzić energię wzbudzonych elektronów z sub-pikosekundową rozdzielczością czasową (mniej niż bilionowa część jednej sekundy).

W pomiarach zaobserwowaliśmy, że niektóre optycznie wzbudzone elektrony w NFA mogą uzyskać energię z otoczenia zamiast tracić energię na rzecz otoczenia. Ta obserwacja jest sprzeczna z intuicją, ponieważ wzbudzone elektrony zazwyczaj tracą swoją energię na rzecz otoczenia, tak jak filiżanka gorącej kawy traci ciepło na rzecz otoczenia

Entropia, elektrony i nowa fotowoltaika

Jak to wszystko możliwe? Tu wypłynąć musimy na głębokie wody fizyki kwantowej i nauki. Zespół uważa, że ​​ten niezwykły proces zachodzi w skali mikroskopowej dzięki kwantowemu zachowaniu elektronów, które pozwalają wzbudzonemu elektronowi pojawić się jednocześnie na kilku cząsteczkach.

Ta kwantowa dziwność łączy się z drugą zasadą termodynamiki, która głosi, że każdy proces fizyczny prowadzi do wzrostu całkowitej entropii (często nazywanej "nieporządkiem"), aby wytworzyć niezwykły proces zysku energii.

W większości przypadków gorący obiekt przekazuje ciepło do swojego zimnego otoczenia, ponieważ przekazywanie ciepła prowadzi do wzrostu całkowitej entropii. Odkryliśmy jednak, że w przypadku cząsteczek organicznych ułożonych w określonej strukturze nanoskalowej typowy kierunek przepływu ciepła jest odwrócony. Ten odwrócony przepływ ciepła pozwala neutralnym ekscytonom na pobieranie ciepła z otoczenia i dysocjuje na parę ładunków dodatnich i ujemnych. Te swobodne ładunki mogą z kolei wytwarzać prąd elektryczny

Bazując na wynikach swoich eksperymentów, zespół wysunął hipotezę, że ten napędzany entropią mechanizm rozdzielania ładunków pozwala organicznym ogniwom słonecznym wykonanym z NFA osiągnąć znacznie większą wydajność.

Pomimo że entropia jest dobrze znaną koncepcją w fizyce i chemii, rzadko była aktywnie wykorzystywana do poprawy wydajności urządzeń do konwersji energii. Zrozumienie mechanizmu separacji ładunku pozwoli badaczom na projektowanie nowych nanostruktur, które wykorzystają entropię do kierowania przepływem ciepła lub energii w skali nano

REKLAMA

Co więcej, zespół naukowców uważa, że ​​mechanizm odkryty w tej pracy można wykorzystać do produkcji wydajniejszych ogniw słonecznych. Uważają oni również, że może on pomóc naukowcom w projektowaniu wydajniejszych fotokatalizatorów do produkcji paliwa słonecznego, czyli procesu fotochemicznego, w którym dwutlenek węgla jest przekształcany w paliwa organiczne przy użyciu światła słonecznego.

Odkrycie naukowców z Uniwersytetu Kansas to ważny krok naprzód w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości. Nowa technologia organicznych półprzewodników może zrewolucjonizować sposób, w jaki pozyskujemy energię słoneczną, czyniąc ją bardziej dostępną, wydajną i przyjazną dla środowiska. To ekscytujący czas dla technologii słonecznej, a przyszłość wygląda obiecująco.

REKLAMA
Najnowsze
Aktualizacja: 2025-07-15T21:04:52+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T20:31:08+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T20:08:30+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T19:40:25+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T19:02:53+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T18:17:50+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T17:36:50+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T17:11:10+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T15:39:19+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T13:00:41+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T12:19:49+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T09:59:45+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T08:27:43+02:00
Aktualizacja: 2025-07-15T06:21:00+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T21:38:59+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T21:01:22+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T20:35:53+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T20:11:02+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T19:02:54+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T18:34:32+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T18:04:00+02:00
Aktualizacja: 2025-07-14T17:30:15+02:00
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA