Naukowcy zakładają fundamenty pod nowy rodzaj ogniwa słonecznego

The Choice is Ours (2016) Official Full Version (Czerwiec 2019).

Anonim

Interdyscyplinarny zespół badaczy położył podwaliny pod zupełnie nowy typ ogniwa fotowoltaicznego. W tej nowej metodzie promieniowanie podczerwone jest przetwarzane na energię elektryczną przy użyciu innego mechanizmu niż ten spotykany w konwencjonalnych ogniwach słonecznych. Mechanizm leżący za nowym ogniwem słonecznym w stanie stałym, wykonanym z perowskitu mineralnego, opiera się na tak zwanych wzbudzeniach polaronowych, które łączą wzbudzanie elektronów i wibracji sieci krystalicznej.

Naukowcy z grup badawczych prof. Christiana Joossa z Uniwersytetu w Getyndze, prof. Simone Techert, wiodący naukowiec w DESY, profesor na Uniwersytecie w Getyndze i szef grupy badawczej w Instytucie Biofizyki Chemicznej im. Maxa Plancka w Getyndze, a prof. Peter Blöchl z Politechniki w Clausthal-Zellerfeld prezentuje swoją pracę w czasopiśmie Advanced Energy Materials.

"W konwencjonalnych ogniwach słonecznych oddziaływanie między elektronami i drgania sieci może prowadzić do niepożądanych strat, powodując znaczne problemy, podczas gdy wzbudzenia polar w ogniwie słonecznym perowskitu mogą być tworzone z fraktalną strukturą w pewnych temperaturach roboczych i trwać wystarczająco długo, aby wyraźny efekt fotowoltaiczny "- wyjaśnia główny autor artykułu, Dirk Raiser, z Instytutu Chemii Biofizycznej im. Maxa Plancka w Getyndze i DESY. "Wymaga to jednak, aby ładunki były w uporządkowanym stanie podstawowym, co odpowiada rodzajowi krystalizacji ładunków, co umożliwia silne wzajemne oddziaływania między polaronami".

Ogniwa perowskitowe badane przez zespół musiały być chłodzone w laboratorium do około minus 35 stopni Celsjusza, aby efekt mógł mieć miejsce. Jeśli ten efekt ma być stosowany w praktyce, konieczne będzie wytwarzanie uporządkowanych stanów polaronowych w wyższych temperaturach. "Dotychczasowe pomiary wykonano w starannie scharakteryzowanym materiale referencyjnym, aby wykazać zasadę działania, w tym celu przyjęto niską temperaturę przejścia" - wyjaśnia współautor Techert.

Fizyka materiałów w Göttingen próbuje zmodyfikować i zoptymalizować materiał w celu osiągnięcia wyższej temperatury roboczej. "Możliwe, że uda nam się tymczasowo osiągnąć stan kooperatywny poprzez sprytne wykorzystanie dodatkowego światła do wywołania wzbudzenia" - mówi Techert. Jeśli jedna z tych strategii okaże się sukcesem, przyszłe ogniwa słoneczne lub fotochemiczne źródła energii mogą być wytwarzane przy użyciu związków tlenku perowskitu, z których istnieje duża podaż.

"Opracowanie wysokowydajnych i po prostu skonstruowanych półprzewodnikowych ogniw słonecznych jest ciągle wyzwaniem naukowym, nad którym pracuje wiele zespołów na całym świecie, aby zapewnić przyszłość dostaw energii", podkreśla dyrektor ds. Badań, Christian Jooss. "Oprócz optymalizacji materiału i konstrukcji istniejących ogniw słonecznych, wiąże się to również z badaniem nowych, fundamentalnych mechanizmów transportu ładunku naładowanego światłem i jego konwersji w energię elektryczną, co powinno umożliwić nam opracowanie ogniw słonecznych w oparciu o nowe zasady działania."

Właśnie to interdyscyplinarny zespół fizyków materialnych, fizyków teoretycznych, fizyków chemicznych i fizyków rentgenowskich osiągnął teraz w ramach wspólnego centrum badawczego SFB 1073 dla "Kontroli konwersji energii atomowej" w Getyndze. Kluczowym czynnikiem w badaniu nowej zasady działania ogniw słonecznych były ultraszybkie metody analizy optycznej i strukturalnej, które były wykorzystywane zarówno w bieżących, jak i we wcześniejszych pracach na ten temat.

"Pomiar dynamicznych procesów w jednostkach molekularnych, podobnie jak w przypadku filmu molekularnego, wymaga użycia błyskotliwych i ultraszybkich źródeł promieniowania rentgenowskiego, takich jak PETRA III w DESY lub europejskim laserze na swobodnych elektronach, European XFEL, który obejmuje w tym roku "- podkreśla Techert. "Takie badania, z których niektóre były już wykorzystywane w bieżącym badaniu, prowadzą do nowego poziomu zrozumienia procesów transferu ładunków, co z kolei umożliwia nowe funkcje ogniw słonecznych."

menu
menu