Znajdź zawartość

Zespół profesora Xaioyanga Zhu z University of Texas odkrył, iż dzięki zastosowaniu w ogniwach słonecznych plastikowego półprzewodnika można dwukrotnie zwiększyć liczbę elektronów uzyskiwanych z pojedynczego fotonu. Tym półprzewodnikiem jest policykliczny węglowodór aromatyczny, pentacen. Przed rokiem pisaliśmy, że profesor Zhu przeprowadził badania, z których wynikało, że wydajność ogniw słonecznym można będzie zwiększyć do 66%. Obecnie najbardziej wydajne urządzenia tego typu są w stanie przekształcić w prąd elektryczny około 31% energii słonecznej. Dzieje się tak, gdyż zdecydowaną większość energii stanowią tzw. gorące elektrony, których nie potrafiliśmy przechwytywać. Zhu pokazał, w jaki sposób można to zrobić. Profesor zaznaczył wówczas, że stworzenie szeroko dostępnej technologii będzie trudne, gdyż wymaga mocnego skoncentrowania promieni słonecznych na panelach, do czego z kolei konieczne jest opracowanie sposobów produkcji ogniw z nowych materiałów. Teraz zespół pod kierunkiem uczonego znalazł alternatywę. Uczeni odkryli, że możliwe jest uzyskanie dwóch elektronów z pojedynczego fotonu i ich przechwycenie. Co więcej, ich rozwiązanie nie wymagałoby koncentrowania promieni. Okazało się bowiem, że po zaabsorbowaniu fotonu przez pentacen zachodzi zjawisko MEG, o którym informowaliśmy przed kilkoma dniami, przy okazji stworzenia ogniwa słonecznego o zewnętrznej wydajności kwantowej przekraczającej 100%. Zdaniem Zhu zastosowanie pentacenu pozwoli na zwiększenie wydajności ogniw do 44%.

Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) poinformowali o stworzeniu pierwszego ogniwa słonecznego, którego zewnętrzna wydajność kwantowa wynosi ponad 100%. Dla fotoprądu wartość zewnętrznej wydajności kwantowej - podawaną w procentach - wylicza się na podstawie liczby elektronów przepływających przez obwód w ciągu sekundy podzielonej przez liczbę fotonów z określonej długości fali, wpadających w ciągu sekundy do ogniwa słonecznego. Dotychczas nie istniały ogniwa, których wydajność w jakimkolwiek zakresie fali przekraczałaby 100%. Uczonym z NREL udało się osiągnąć szczytową wydajność kwantową rzędu 114%. W przyszłości może to pozwolić na zbudowanie ogniw słonecznych, z których energia będzie równie tania, lub tańsza, od energii uzyskiwanej z paliw kopalnych czy energii jądrowej. Mechanizm uzyskania wydajności większej niż 100% bazuje na procesie zwanym Multiple Exciton Generation (MEG), podczas którego pojedynczy foton o odpowiednio wysokiej energii tworzy więcej niż jedną parę elektron-dziura. W roku 2001 pracujący w NREL Arthur J. Nozik przewidział, że MEG będzie lepiej działało w półprzewodnikowych kropkach kwantowych niż w zwykłych półprzewodnikach. Pięć lat później w pracy opublikowanej wraz z Markiem Hanną Nozik stwierdził, że kropki kwantowe użyte w ogniwach słonecznych mogą zwiększyć ich wydajność o około 35% w porównaniu z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami. Ogniwa bazujące na kropkach kwantowych nazywane się ogniwami trzeciej (lub kolejnej) generacji. Obecnie buduje się ogniwa pierwszej i drugiej generacji. Zjawisko MEG, zwane też Carrier Multiplication (CM), zostało po raz pierwszy zaprezentowane w Los Alamos National Laboratory w 2004 roku. Od tamtej chwili wiele innych ośrodków badawczych potwierdziło jego występowanie w różnych półprzewodnikach. Teraz NREL zaprezentował MEG o wartości większej niż 100%. Badań dokonano przy niskiej intensywności symulowanego światła słonecznego, a mimo to eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%. To bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę fakt, że ogniowo nie było optymalizowane pod kątem wydajności.

Dzieci z zaburzeniami ze spektrum autyzmu (ASD) inaczej przetwarzają bodźce dźwiękowe i językowe. Badacze ze Szpitala Dziecięcego w Filadelfii wykorzystali metodę zwaną magnetoencefalografią (MEG) i wykryli lekkie opóźnienie fal mózgowych w porównaniu do zdrowych maluchów. MEG to nieinwazyjna technika obrazowania czynności elektrycznej mózgu. Rejestruje pole magnetyczne wytwarzane przez neurony, a konkretnie przez prądy jonowe dendrytów. Maluchy z autyzmem reagują na dźwięk, w tym samogłoski, o ułamek sekundy wolniej niż zdrowe dzieci – podsumowuje dr Timothy Roberts. Jego zespół pracuje nad sygnaturami nerwowymi, które pozwalałyby połączyć mózgowe wzorce aktywności z określonymi zachowaniami. Nasza hipoteza jest taka, że mowa i inne dźwięki pojawiają zbyt szybko dla osób z ASD, a problemy z ich przetworzeniem mogą upośledzać umiejętności społeczno-językowe chorych. Neurolodzy zebrali grupę 64 dzieci w wieku od 6 do 15 lat. U 30 zdiagnozowano kiedyś autyzm, resztę przydzielono do dopasowanej pod względem wieku grupy kontrolnej. Podczas badania ochotnikom prezentowano serię krótkich dźwięków, samogłosek oraz zdań. W porównaniu do zdrowych osób, u maluchów z ASD pojawiły się reakcje opóźnione o 20 milisekund, czyli 1/50 sekundy. Roberts sądzi, że początkowe zaburzenia mogą uruchamiać całą kaskadę opóźnień i w efekcie przeciążenie procesu analizy dźwięku. Gdyby udało się opisać sygnatury neuronalne poszczególnych zaburzeń z kręgu autyzmu, łatwiej byłoby je różnicować na podstawie samego badania magnetoencefalograficznego. Co ważne, diagnozę można by postawić dużo wcześniej niż do tej pory, np. już w niemowlęctwie. W razie wystąpienia w zapisie MEG podobieństw do, dajmy, na to ADHD czy padaczki, specjaliści zyskiwaliby nowe narzędzia do walki z autyzmem – chodzi, oczywiście, o metody stosowane w terapii wymienionych zaburzeń.