| 0 |
|
У боротьбі зі зміною клімату сонячна енергія є перспективною альтернативою викопному паливу. Щосекунди Земля отримує від Сонця колосальну кількість енергії. Проте сучасні сонячні елементи вловлюють лише її частку через «фізичну стелю», яку раніше вважали нездоланною.
У дослідженні, опублікованому в Journal of the American Chemical Society, наукова група під керівництвом Університету Кюсю (Японія) у співпраці з Університетом Йоганна Гутенберга (JGU) у Майнці (Німеччина) представила проривну технологію. Використовуючи металевий комплекс на основі молібдену, так званий «спін-фліп» випромінювач, вчені змогли зібрати помножену енергію завдяки синглетному розщепленню (singlet fission, SF). Ця технологія дозволяє підвищити ефективність перетворення енергії до 130%, долаючи бар'єр у 100%.
Щоб зрозуміти, як працює сонячний елемент, уявіть естафету між крихітними частинками. Фотони сонячного світла вдаряються об напівпровідник і передають свою енергію електронам, активуючи їх і створюючи електричний струм.
Однак «бігуни» у сонячному світлі мають різні здібності: інфрачервоні фотони з низькою енергією не можуть збудити електрони.
Високоенергетичні фотони (наприклад, синє світло) втрачають надлишок енергії у вигляді тепла.
Через це сонячні елементи використовують лише близько третини енергії світла. Ця межа відома як ліміт Шоклі–Квайссера (Shockley-Queisser \ limit).
«У нас є дві основні стратегії подолання цього ліміту», - пояснює Йоічі Сасакі (Yoichi Sasaki), доцент інженерного факультету Університету Кюсю. «Одна полягає в тому, щоб перетворювати низькоенергетичне світло на високоенергетичне. Інша, яку ми досліджуємо тут, - використання SF для генерації двох екситонів з одного фотона».
Зазвичай один фотон генерує максимум один спін-синглетний екситон. Процес SF (синглетне розщеплення) може розщепити цей високоенергетичний екситон на два нижчоенергетичні спін-триплетні екситони, що теоретично подвоює вихід енергії.
Проте втримати цю енергію складно. Вона часто «втрачається» через механізм, відомий як ферстерівський резонансне перенесення енергії (FRET), ще до того, як відбудеться множення.
Дослідники знайшли вихід у металевих комплексах на основі молібдену. У цих молекулах електрон «перевертає» свій спін (spin-flip) під час поглинання світла. Це дозволяє системі вибірково захоплювати триплетну енергію, вироблену під час SF, пригнічуючи марнотратний процес FRET.
Поєднавши цей комплекс із тетраценом, команда досягла квантового виходу в 130%. Це означає, що на кожні 100 поглинутих фотонів система згенерувала 130 носіїв енергії.
Серед основних досягнень дослідження слід зазначити подолання бар'єра 100%. Доведено можливість генерації та збору більшої кількості енергоносіїв, ніж отримано фотонів.
До того ж використання «спін-фліп» випромінювачів відкриває шлях до підсилення екситонів.
Технологія може бути застосована не лише в сонячних панелях, а й у світлодіодах (LED) та квантових комп'ютерах.
Наразі дослідження перебуває на стадії підтвердження концепції. Наступним кроком вчених стане перехід від розчинів до твердотільних матеріалів, щоб інтегрувати цю технологію безпосередньо в реальні сонячні елементи.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
