Za ich wykorzystaniem w celu pozyskiwanie energii ze słońca stoją przedstawiciele Uniwersytetu w Kansas. Według nich organiczne półprzewodniki mogą stanowić o przyszłości fotowoltaiki. Najlepszym tego dowodem jest ostatni sukces polegający na przekroczeniu 20 procent wydajności.
Czytaj też: Panele solarne drukowane jak papierowe gazety? Taka fotowoltaika to już nie jest czyste science fiction
Właśnie z takim wskaźnikiem sukcesu te nowatorskie panele przetwarzają docierające do nich promieniowanie emitowane przez naszą gwiazdę. O potencjalnych korzyściach płynących z zastosowania tej technologii oraz przeszkodach, z którymi muszą zmagać się amerykańscy inżynierowie, piszą oni w Advanced Materials.
Wizja detronizacji krzemu jest z pewnością jeszcze daleka od rzeczywistości. Takie panele od dłuższego czasu zbliżają się do 30 procent wydajności, więc z tej perspektywy 20-procentowy wskaźnik ich organicznych odpowiedników nie brzmi zbyt imponująco. Ale to wciąż raczkująca technologia, w której drzemie spory potencjał.
Ogniwa słoneczne na bazie organicznych półprzewodników osiągnęły 20 procent wydajności. Oznacza to zmniejszenie ich straty do krzemowych odpowiedników
Wśród jej największych zalet można wymienić wysoką elastyczność oraz niższe koszty produkcji. To dwa istotne aspekty, które mogłyby zapewnić organicznej fotowoltaice prym. Wszechstronne panele o wysokiej wydajności, produkowane po niskich kosztach – czyż nie brzmi to kusząco? Co więcej, półprzewodniki organiczne cechują się możliwością dostrojenia do pochłaniania określonych długości fal światła. Można integrować je z otoczeniem i to bez zwracania niepotrzebnej uwagi.
Zazwyczaj organiczne ogniwa słoneczne wykazywały około 12 procent sprawności konwersji mocy. Przy wszystkich wymienionych zaletach trzeba jasno powiedzieć: takie wyniki były dalekie od wymarzonych. Ale dzięki nowemu podejściu, opartemu na tzw. akceptorach niefulerenowych, wydajność tych urządzeń zdecydowanie wzrosła. Zmniejszył się natomiast dystans między krzemowymi i organicznymi wariantami.
Czytaj też: Magazynowanie energii wejdzie na nowy poziom? Tajemniczy kontener na lotnisku w Amsterdamie
Dlaczego nowy materiał wypada lepiej od dotychczas stosowanych półprzewodników organicznych? Wydaje się, iż kluczem do tego niespodziewanego sukcesu jest pozyskiwanie energii z otoczenia przez wzbudzone elektrony wchodzące w skład akceptorów niefulerenowych. To fenomen sprzeczny ze zdrowym rozsądkiem, ale skoro korzystnie wpływa na wydajność paneli, to nie będziemy na ten fakt narzekać.
Zdaniem członków zespołu badawczego kluczem do rozwikłania zagadki jest połączenie zasad mechaniki kwantowej oraz termodynamiki. Jak wyjaśniają, w przypadku cząsteczek organicznych ułożonych w specyficzną strukturę w nanoskali typowy kierunek przepływu ciepła zostaje odwrócony, co prowadzi do wzrostu entropii. W konsekwencji neutralne ekscytony są w stanie pozyskiwać ciepło z otoczenia i dysocjować na parę ładunków dodatnich i ujemnych, co napędza wytwarzanie prądu.
