Tudomány
130 százalékos hatékonyság: komoly áttörés a napelemek világában
Új korszak kezdődhet a napenergia hasznosításában: japán és német kutatók olyan molekuláris rendszert fejlesztettek ki, amely képes a napsugárzásból származó energiát „megsokszorozni”, így a hagyományos hatékonysági korlát fölé emelni a napelemek teljesítményét.
Az eredményeket a Journal of the American Chemical Society publikálta március 25-én.
A Kyushu University és a Johannes Gutenberg University Mainz kutatói egy molibdénalapú fémkomplexet alkalmaztak, amely képes kihasználni az úgynevezett „szinglet hasadást” (singlet fission). Ezzel az eljárással egyetlen elnyelt fényrészecskéből két energiahordozó jöhet létre, ami elméletben megduplázhatja a hasznosítható energiát.
Miért volt eddig korlátos a hatékonyság?
A hagyományos napelemek működése során a beérkező fotonok energiát adnak át az elektronoknak, így elektromos áram keletkezik. Csakhogy nem minden fény hasznosul: az alacsony energiájú infravörös sugárzás nem elegendő az elektronok gerjesztéséhez, míg a nagy energiájú fény többletenergiája hő formájában elvész.
Ez a jelenség vezet az úgynevezett Shockley–Queisser limit kialakulásához, amely szerint a hagyományos napelemek legfeljebb a beeső energia nagyjából egyharmadát képesek hasznosítani.
Energia „kettőzés” molekuláris trükkel
A kutatók által vizsgált szinglet hasadás során egy gerjesztett állapot két alacsonyabb energiájú állapotra bomlik, így több töltéshordozó keletkezik. A folyamat azonban eddig nehezen volt kihasználható, mert az energia gyakran „elszivárgott” egy másik mechanizmuson keresztül, az úgynevezett Förster resonance energy transfer révén.
Ezt a problémát oldotta meg az új, úgynevezett „spin-flip” emitter, amely képes hatékonyan befogni a keletkező energiát.
A kutatók így mintegy 130 százalékos kvantumhatékonyságot értek el – vagyis több energiahordozó keletkezett, mint ahány foton érkezett.
Mit jelent ez a jövőre nézve?
Bár az eredmény egyelőre laboratóriumi körülmények között született, komoly előrelépést jelenthet a következő generációs napelemek fejlesztésében. A kutatók célja, hogy a rendszert szilárdtest-alapú technológiákba is beépítsék, ami közelebb vihet a gyakorlati alkalmazáshoz.
Az áttörés nemcsak a napenergia területén lehet fontos: a módszer új lehetőségeket nyithat LED-ek és kvantumtechnológiai eszközök fejlesztésében is.