Sunčane ćelije koje "vide crveno"

Znanstvenici Stanfordskog sveučilišta demonstrirali su paletu materijala koji omogućavaju iskoristivost sunčanih ćelija valnog područja sunčevog spektra koje je do sada odlazilo u "otpad".

Materijali koji se apliciraju na pozadinu sunčanih ćelija mogu konvertirati crveno i skoro infracrveno svjetlo, koje se do sada nije moglo iskoristiti i pretvoriti u korisnu energiju.

Znanstvenici Stanforda će na ovom projektu surađivati s Boschovim istraživačkim centrom iz Kalifornije, kako bi kroz najkasnije 4 godine mogli demonstrirati efikasnost novih sustava sunčanih ćelija.

Dokazano je kako najbolje današnje sunčane ćelije, izrađene od silicija, mogu iskoristiti samo 30% sunčevog svjetla. Razlog toga leži u činjenici što aktivni materijali u sunčanim ćelijama ne mogu ući u interakciju s fotonima čija energija je preslaba.

Proces pod nazivom upconversion ili "nadkonverzija" ovaj bi problem trebao riješiti uparivanjem boja koje apsorbiraju fotone postojećih valnih dužina i potom ih reemitiraju u fotone kraćih valnih dužina.

Voditeljica znanstvenog tima Stanforda, profesorica Jennifer Dionne, vjeruje kako mogu unaprijediti konverziju sunčevog svjetla u energiju amorfnih silicijskih ćelija za 11 do 15%.

Prema riječima Inne Kozinsky, znanstvenice iz Boscha, koncept nadkonverzije nije nov, ali nikada nije demonstriran u radu sunčane ćelije. Nadkonverzija zahtijeva dvije vrste molekula koje apsorbiraju fotone relativno visokih valnih dužina, kombiniraju njihovu energiju i potom je reemitiraju kao jaču energiju. Problem je u tome što su šanse interakcije dviju molekula u isto vrijeme i u istom energetskom stanju vrlo male. Stoga Dionne i njezin tim razvijaju nanočestice koje bi se dodale u taj sustav i time povećale šansu za to.

Zeleno lasersko svjetlo se nadkonvertira u plavo svjetlo sustavom boja i metalnih nanočestica. FOTO credit: Jennifer Dionne

Kako bi proizvela bolje nadkonverzivne sustave, Dionne dizajnira metalne nanočestice koje se ponašaju kao sićušne optičke antene, usmjeravajući svjetlo u dva sustava različitih boja, tako da su one izložene većoj količini svjetla u isto vrijeme, što stvara veću količinu nadkonvertiranog svjetla i potom ga više usmjerava prema kraju sustava koji ga pretvara u energiju.

Listići takvog materijala mogli bi se postaviti na dno sunčane ćelije, odvojeni od nje slojem električne izolacije.

Inna Kozinsky kaže da bi Bosch za 3 godine mogao demonstrirati nadkonverziju crvenog svjetla u sunčanoj ćeliji, a nadkonverziju infracrvenog za 4 godine, dok bi se komercijalna Boschova ponuda sunčanih ćelija ove tehnologije mogla očekivati kroz 10 godina.