Kvantový trik zdvojnásobí účinnosť solárnych panelov

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Nová technológia dosahuje účinnosť premeny energie až 130 %.

• Molybdénový komplex rozdelí jeden fotón na dva energetické balíky.

• Komerčné solárne panely môžu v budúcnosti zdvojnásobiť svoj výkon.

Svetelné žiarenie dopadajúce na našu planétu predstavuje energetický potenciál, ktorý súčasné technológie nedokážu naplno zúročiť. Tradičné fotovoltické články narážajú na pevnú fyzikálnu bariéru známu ako Shockleyho-Queisserov limit. V dôsledku tohto javu dokážu bežné komerčné panely zachytiť a premeniť na využiteľnú elektrinu len približne 33 % dopadajúceho slnečného svetla.

Príčinou strát je rôzna energetická hodnota dopadajúcich fotónov. Nízkofrekvenčné infračervené fotóny nemajú dostatok energie na potrebnú excitáciu elektrónov, zatiaľ čo vysokoenergetické modré svetlo uvoľňuje svoju prebytočnú energiu vo forme neužitočného tepla. Tím výskumníkov z japonskej Kjúšu univerzity a nemeckej Univerzity Johannesa Gutenberga v Mainzi však vynašiel spôsob, ako túto prekážku definitívne obísť.

Ich vedecká štúdia, publikovaná v odbornom periodiku Journal of the American Chemical Society, opisuje inovatívny proces takzvaného singletového štiepenia. Základom novej metódy je špeciálna organická molekula s názvom tetracén, ktorá funguje ako ideálny štiepny materiál. Výskumníci ju úspešne skombinovali s kovovým komplexom na báze molybdénu, ktorý slúži ako žiarič schopný preklopiť spin častice na najmenšej kvantovej úrovni.

Tento inovatívny systém dokáže rozdeliť jeden vysokoenergetický singletový excitón na 2 tripletové excitóny s nižšou energiou. Technológia najprv uzamkne prijatú energiu vnútri molekuly a následne pomocou preklopenia spinu premení neviditeľné stavy späť na svetlo. Merania v laboratóriu potvrdili, že na každý pohltený fotón pripadá presne 1.3 excitovaných molybdénových komplexov.

Vďaka tomuto javu vedci dosiahli rekordnú účinnosť premeny svetelnej energie na úrovni 130 %, čím teoreticky prekonali konvenčnú 100 % hranicu. Architektúra molekúl bola navyše špeciálne navrhnutá tak, aby zabránila nežiaducemu úniku energie prostredníctvom procesu nazývaného Försterov rezonančný prenos. Celý experiment zatiaľ prebehol v štádiu overovania konceptu a reakcie sa testovali výlučne v tekutom roztoku.

Implementácia tohto riešenia do pevných materiálov pre reálne solárne články si vyžiada ešte ďalší technologický vývoj. Analytici a výskumníci však predpokladajú, že úspešná komerčná integrácia singletového štiepenia by mohla čoskoro posunúť celkovú účinnosť panelov na úroveň až 45 %. V praxi by takýto nárast znamenal zdvojnásobenie celkového výkonu súčasných modelov pri zachovaní úplne rovnakej zbernej plochy.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Prelomenie fyzikálnych limitov fotovoltiky umožní výrobu panelov, ktoré zrýchlia globálny prechod na čistú energiu.

Zdroj: newatlas.com foto: ChatGPT