Home » Știință » Atomii ”dansatori” scot la iveală mecanismul care stă la baza funcţionării unei noi clase de celule solare mai eficiente

Atomii ”dansatori” scot la iveală mecanismul care stă la baza funcţionării unei noi clase de celule solare mai eficiente

Atomii ”dansatori” scot la iveală mecanismul care stă la baza funcţionării unei noi clase de celule solare mai eficiente
Publicat: 12.11.2018
O privire mai atentă la materialele care intră în alcătuirea celulelor solare convenţionale scoate la iveală un aranjament rigid al atomilor, existând puţină mişcare. Dar în perovskitele hibride, o clasă promiţătoare de celule solare, aranjamentul este mai flexibil, iar atomii pot „dansa”, acesta fiind un efect care are un impact asupra performanţei celulelor solare, dar acesta a fost, până acum, dificil de măsurat.

Într-o lucrare publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences, o echipă internaţională de cercetători condusă de SLAC National Accelerator Laboratory din SUA, a observat cum atomii se deplasează în material şi cum acest comportament influenţează funcţionarea materialelor din perovskit. Rezultatele pot explica de ce aceste celule solare din perovskit sunt atât de eficiente şi poate ajuta la crearea unor celule solare îmbunătăţite, care ar dubla eficienţa panourilor solare prin convertirea unei cantităţi mai mari de lumină solară în energie electrică, scrie Phys.

Celulele solare din perovskit, care pot fi produse la temperatura camerei, sunt mai ieftine şi mai performante decât celulele produse din siliciu, care trebuie fabricate la temperaturi foarte mari pentru a elimina defectele. Dar o lipsă a înţelegerii mecanismului de bază al funcţionării materialelor din perovskit a oprit producerea unor celule solare chiar şi mai eficiente.

„Cunoaşterea fundamentală cu privire la funcţionalitatea materialului lipseşte”

„Sunt doar 5-6 ani de când oamenii au fost interesaţi de materialele solare din perovskit”, a precizat Mike Toney, savant la SLAC, conducătorul studiului. „Drept consecinţă, cunoaşterea fundamentală cu privire la funcţionalitatea materialului lispeşte. În acest studiu, am adus o piesă importantă a puzzle-ului prin demonstrarea trăsăturii care le separă de celulele solare convenţionale. Descoperirea ne furnizează înţelegerea ştiinţifică care ne va permite să fabricăm aceste materiale într-un mod raţional”, a adăugat cercetătorul.

Atunci când lumina atinge o celulă solară, o parte din energie poate fi folosită pentru a duce electronii din material la energii mai ridicate. Aceştia sunt scoşi din material, producând electricitate. Dar înainte ca acest lucru să se întâmple, o mare parte din energia solară este pierdută căldurii iar o altă parte în timpul extracţiei energiei utilizabile sau din cauza colectării ineficiente a luminii. În multe celule solare convenţionale, precum cele realizate din siliciu, fononii acustici – un fel de undă acustice ce se propagă prin material – reprezintă calea principală prin care această căldură este transportată prin material. Energia pierdută de electronul încălzit limitează eficienţa celule solare.

În acest studiu, teoreticienii din Marea Britanie, conduşi de Aron Walsh de la Imperial College London, au oferit un cadru teoretic pentru interpretarea reazultatelor experimentale. Au prezis că fononii acustici care călătoresc prin perovskit au vieţi scurte ca rezultat al aranjamentului flexibil al atomilor „dansatori” şi al moleculelor din material.

Chimiştii de la Stanford, Hema Karunadasa şi Ian Smith au putut crea cristale mari, esenţiale pentru acest studiu. Cu ajutorul lui Peter Gehring, fizician la NIST Center for Neutron Research, echipa a putut măsura cu precizie durata de viaţă a fononilor acustici, găsind că aceştia au o durată de doar 10-20 trilionimi de secundă. Fără ca aceşti fononi să plimbe (şi să piardă căldura) prin material, electronii pot rămâne fierbinţi şi îşi pot menţine energia  atunci când sunt scoşi din material. Îmbunătăţirea acestui efect poate duce la celule solare de două ori mai eficiente decât celulele solare convenţionale.

De asemenea, acest fenomen ar putea explica modul în care celulele solare din perovskit funcţionează atât de bine deşi abundă în defecte care ar putea bloca electronii.

„Deoarece fononii din pervoskit nu merg foarte departe, sfârşesc prin încălzirea regiunii care înconjoară electronii, ceea ce ar oferi impulsul necesar pentru ca electronii să scape din capcane şi să continue în drumul spre ieşire”, a precizat Toney.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Panouri solare care funcţionează şi noaptea

VIDEO. Celule solare ca acestea pot furniza aproape jumătate din necesarul de energie electrică al Statelor Unite

Cum vom putea încărca telefoanele mobile la soare

O inovaţie în industria energiei regenerabile face ca hidrogenul să poată fi generat şi depozitat mult mai uşor cu ajutorul tehnicii solare fotovoltaice

Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Test de cultură generală. Ce era fluierul aztec al morții?
Test de cultură generală. Ce era fluierul aztec al morții?
Ministrul Transporturilor din Rusia, găsit mort la câteva ore după ce Vladimir Putin l-a demis
Ministrul Transporturilor din Rusia, găsit mort la câteva ore după ce Vladimir Putin l-a demis
Familiile sărace din România nu pot susține costurile educației copiilor
Familiile sărace din România nu pot susține costurile educației copiilor
Albinele au atacat mai mulți oameni într-un oraș din Franța
Albinele au atacat mai mulți oameni într-un oraș din Franța
În urmă cu 528 ani, navigatorul Vasco da Gama deschidea drumul spre Asia
În urmă cu 528 ani, navigatorul Vasco da Gama deschidea drumul spre Asia
Apple a contestat amenda „fără precedent” dată de Comisia Europeană
Apple a contestat amenda „fără precedent” dată de Comisia Europeană
După ce a fost interzis timp de peste 100 de ani, parizienii pot în sfârșit să înoate în Sena
După ce a fost interzis timp de peste 100 de ani, parizienii pot în sfârșit să înoate în Sena
Mobilierul urban istoric revine în Grădina Cișmigiu, unul dintre simbolurile Bucureștiului
Mobilierul urban istoric revine în Grădina Cișmigiu, unul dintre simbolurile Bucureștiului
Tarifele lui Trump vor intra în vigoare de la 1 august, anunță secretarul american al Comerțului
Tarifele lui Trump vor intra în vigoare de la 1 august, anunță secretarul american al Comerțului
Cea mai mare problemă a fizicii ar putea fi rezolvată de „timpul tridimensional”
Cea mai mare problemă a fizicii ar putea fi rezolvată de „timpul tridimensional”
Vacanțe regale, de la Balmoral la Sinaia. Unde își petreceau verile regii și reginele Europei?
Vacanțe regale, de la Balmoral la Sinaia. Unde își petreceau verile regii și reginele Europei?
Un satelit foarte important a dispărut fără urmă de pe orbita Pământului
Un satelit foarte important a dispărut fără urmă de pe orbita Pământului
Premieră absolută în medicina regenerativă: Ce au reușit să facă cercetătorii?
Premieră absolută în medicina regenerativă: Ce au reușit să facă cercetătorii?
DR. MARIA PĂUNEL, despre DIETA PERFECTĂ și REGULA CELOR CINCI ORE: „Hidratarea e cuvântul magic!”
DR. MARIA PĂUNEL, despre DIETA PERFECTĂ și REGULA CELOR CINCI ORE: „Hidratarea e cuvântul magic!”
În mod misterios, Oceanul Antarctic devine mai sărat
În mod misterios, Oceanul Antarctic devine mai sărat
Descoperiri arheologice „excepționale” și „unice pentru România”, anunțate de Muzeul Național de Istorie
Descoperiri arheologice „excepționale” și „unice pentru România”, anunțate de Muzeul Național de Istorie
Descoperirea care ar putea rescrie evoluția. Ce au aflat cercetătorii despre anemonele de mare?
Descoperirea care ar putea rescrie evoluția. Ce au aflat cercetătorii despre anemonele de mare?
Ce au în comun oamenii care susțin că au trăit experiențe extracorporale?
Ce au în comun oamenii care susțin că au trăit experiențe extracorporale?