Новият дизайн за органични слънчеви клетки от следващо поколение е 2-за-1

Следващото поколение нискотарифни, високоефективни органични слънчеви клетки са наблизо, с изключение на един упорит проблем, който е твърде дълъг, за да бъде описан в лед. Довери ни се! Изследователите отхвърлят предизвикателството от години и изглежда, че екип от Колумбийския университет най-накрая е намерил решение.

„Данни от магнитното поле, които показват образуването и разпадането на екситоните, генерирани от деление на синглет“от А. Асадор Дурвиш, лаборатория McCamey.

Какъв е проблемът с всичките ви органични слънчеви клетки?

За да разберете проблема, помага да се разбере защо има проблем и това започва с друг проблем.

В продължение на много години предпочитаният материал за слънчеви клетки е силиций. Той е ефективен, но скъп. Това е проблем, когато евтиният природен газ ви диша във врата, заедно с конкуренцията от други енергийни източници.

Американското министерство на енергетиката, от една страна, е на мисия да намали цената на слънчевата енергия, а това означава да се търсят по-евтини материали, които имат разумна ефективност.

Това обяснява защо Министерството на енергетиката и други федерални научни агенции насърчават органичните слънчеви клетки. Те не са толкова ефективни като силиция, когато става въпрос за преобразуване на слънчевата енергия от слънцето в електрически ток, но те са по-леки, по-евтини, по-гъвкави и по-лесни за производство при голям обем, използвайки методи, подобни на конвенционалните производствени технологии като за печат на руло на руло.

Ако мислите за тънкослойно слънчево, изтичайте веднага и си купете пура. Тънкослойните слънчеви клетки се прокрадват върху силиций в състезанието за слънчево преобразуване, но все още имат проблем с ефективността.

Решението за делене на Синглет

Добрата новина е, че изследователите са идентифицирали обещаващ път към увеличаване на ефективността на органичните слънчеви клетки. Този път се появи през последните години с откритието, че можете да приспособите органични слънчеви клетки, за да извършите нещо, наречено синглетно делене.

Разделянето на синглет е fancyspeak за удвояване на стандартния механизъм за преобразуване на слънчеви клетки. Знам нали? Объркващо!

Има обяснение. „Синглет“се отнася до стандартната част от процеса. Когато един фотон удари конвенционална слънчева клетка, той може да произведе един екситон. Фотонът е мерната единица за светлината, а екситонът е фантастичен пик за състоянието на материята, която произвежда електричеството.

И така, има си синглет. Това важи за всеки материал от слънчеви клетки, органичен или не.

Частта за делене идва, когато вашата слънчева клетка включва материал, който може да ви осигури два екситона на цената на един фотон. Ето обяснителя от Колумбийския университет:

„… има някои молекули, които могат да бъдат внедрени в слънчеви клетки, които имат способността да генерират два екситона от един фотон - процес, наречен синглетно делене. Тези слънчеви клетки формират основата за устройства от следващо поколение, които все още са в ранна детска възраст."

И така, какъв е проблемът с всичките ви слънчеви синглетни делещи клетки?

Проблемът е, че досега изследователите не са успели да придушат двата екситона в живота повече от няколко наносекунди. По отношение на ефективността на слънчевата конверсия, това всъщност прави нещата по-лоши от нормалното уравнение едно към едно.

Изследването в Колумбия е важно, тъй като екипът успешно демонстрира, че техните специално създадени органични молекули могат да генерират два екситона на фотон и да ги поддържат живи достатъчно дълго, за да функционират ефективно като генератори на електроенергия.

Свободно казано, решението включва разделяне на двата екситона в молекулата, като същевременно им позволява да останат донякъде свързани помежду си.

За всички подробности потърсете „Свръхбързо вътремолекулно синглетно делене до устойчиви мултиекситони по молекулярен дизайн“в списание Nature Chemistry. “Ето тяхната оферта за пари:

„Тук ние проектираме молекули с дискретен енергиен градиент, който насърчава миграцията на силно свързани триплетни двойки до пространствено разделено, слабо свързано състояние, което лесно се дисоциира на свободни триплети.“

Имаш ли всичко това? Предупреждение за спойлер, подходът на екипа работи:

„Тази концепция за„ енергийна цепнатина “ни позволява да комбинираме амплификационните и миграционните процеси в рамките на една молекула, с бърза дисоциация на плътно свързани двойки триплети в отделни триплети, които имат продължителност на живота около 20 µs.“

И така, има вашата енергийна цепка. CleanTechnica се обръща към Колумбия за някои идеи относно следващите стъпки за изследването. Екип от Националната лаборатория Лорънс Бъркли също е горещ по следите на синглетното делене.