H παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο, μπορεί κάποια μέρα να γίνει πολύ φθηνότερη χάρη στα επονομαζόμενα φωτοβολταϊκά λεπτών φιλμ (υμενίων). Αν και ακόμα τα συστήματα αυτά είναι πολύ λιγότερο αποδοτικά από αυτά που στηρίζονται στα συμβατικά υλικά μια πρόσφατη δημοσίευση στο Physical Review Letters δείχνει ότι η χρήση δεσμών νανοσωλήνων άνθρακα αυξάνει σημαντικά την απόδοση τους.
Αυτές οι νέες ηλιακές κυψέλες μπορεί να γίνουν πολύ πιο αποτελεσματικές με την προσθήκη μιας δέσμης από νανοσωλήνες άνθρακα. Έτσι, λένε οι ερευνητές στο Εργαστήριο του Los Alamos οι οποίοι έδειξαν με φασματοσκοπία ότι οι δέσμες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτέλεση δύο σημαντικών βημάτων για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Δηλαδή μπορούν αρχικά να δημιουργήσουν ζεύγη φορτισμένων σωματιδίων και στη συνέχεια να διαχωρίσουν τα ζεύγη αυτά.
Είναι η πρώτη φορά που έχει αποδειχθεί αυτή η εργασία με ένα απλό υλικό φωτοβολταϊκού λεπτού φιλμ.
Τα φωτοβολταϊκά υλικά από λεπτό φιλμ είναι ανώτερα από τα υλικά για τις συμβατικές ηλιακές κυψέλες, όπως το πυρίτιο, δεδομένου ότι είναι φθηνότερα στην κατασκευή τους, είναι ελαφρύτερα και πιο ευέλικτα.
Αυτά λειτουργούν με την απορρόφηση φωτονίων από τον ήλιο και τη μετατροπή τους σε ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών, που είναι γνωστά ως "εξιτόνια". Στη συνέχεια, προκειμένου να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα, ένα ηλεκτρόνιο και μια θετική οπή πρέπει να διαχωριστούν γρήγορα, πριν τα δύο σωματίδια ενωθούν και πάλι και απορροφηθούν μέσα στο υλικό. Στις υπάρχουσες ηλιακές κυψέλες, αυτά τα εξιτόνια συνήθως απορροφούνται πολύ γρήγορα, με αποτέλεσμα την χαμηλή αποδοτικότητα τους.
Ο Jared Crochet και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι αυτή η διαδικασία του διαχωρισμού στο εσωτερικό των ηλιακών κυψελών από λεπτό φιλμ μπορεί να διευκολυνθεί με την προσθήκη δεσμών με ημιαγωγούς από νανοσωλήνες άνθρακα. Οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει ότι, ενώ μεμονωμένοι νανοσωλήνες είναι μικρής χρησιμότητας, η απόδοση μπορεί να βελτιωθεί αν οι νανοσωλήνες ομαδοποιηθούν σε ομάδες που έχουν την ίδια χειρομορφία (chirality). Η ιδιότητα αυτή περιγράφει την κατεύθυνση προς την οποία έχει στρίψει τα φύλλα του γραφένιου για να σχηματίσει ένα σωλήνα – από αριστερά προς τα δεξιά ή από δεξιά προς τα αριστερά.
Ελπιδοφόρα αποτελέσματα
Οι εν λόγω δέσμες νανοσωλήνων ανταποκρίνονται στην απορρόφηση του φωτός με τον ίδιο τρόπο όπως το μητρικό υλικό του γραφενίου, και έτσι ο διαχωρισμός των φορτίων μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματικός.
Οι ερευνητές επέλεξαν δέσμες με μια διάμετρο και μια συστροφή που απορροφούν έντονα το φως σε μήκος κύματος περίπου 570 nm – ιδανικό για την έκθεση στο ηλιακό φως.
Εκθέτοντας τα δείγματα σε μια σύντομη λάμψη φωτός από λέιζερ και καταγράφοντας φάσματα καταγραφή κάθε λίγες δεκάδες femtoseconds, η ερευνητική ομάδα ήταν σε θέση να παρατηρεί σήματα που είναι χαρακτηριστικά του σχηματισμού των εξιτονίων, καθώς και επιπλέον σήματα που έδειχναν την παραγωγή ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών. Σε δείγματα χωρίς δέσμες αλλά με ατομικούς νανοσωλήνες άνθρακα, παρατηρήθηκε μόνο το σήμα που αντιστοιχεί στην δημιουργία εξιτονίου.
Πηγή: Physics World
Leave a Comment