Prima pagină Stiinta

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

Alexandru Voiculescu | 11.12.2018 | ● Vizualizări: 622
Credit: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory     + zoom
Galerie foto (1)

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