Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

'Rozszczepienie singletu' nadzieją fotowoltaiki

Rekomendowane odpowiedzi

Redakcja Journal of Physical Chemistry Letters wyróżniła artykuł dotyczący „rozszczepienia singletu”. To proces, w którym pojedynczy foton generuje parę stanów wzbudzonych. Praca autorstwa naukowców z University of California Riverside daje nadzieję na stworzenie ogniw fotowoltaicznych trzeciej generacji. Pozwoli także na zbudowanie lepszych fotodetektorów, których będzie można używać np. w noktowizorach czy ogólnie na pracę z wysokoenergetycznymi fotonami bez ryzyka wygenerowania zbyt dużej ilości ciepła.

Obecnie wykorzystywane ogniwa fotowoltaiczne przechwytują elektrony, które w ogniwie generują ekscytony, czyli pary elektron-dziura. Jednak sprawność takich ogniw może wynosić około 32% zgodnie z teoretycznym limitem Shockley'a-Queisssera. Uczeni poszukują sposobów na wyprodukowanie bardziej wydajnych ogniw słonecznych, a jednym z nich może być właśnie „rozszczepienie singletu”.

Rozpoczęliśmy nasze badania około 10 lat temu, gdy zaczęliśmy zastanawiać się nad wykorzystaniem energii słonecznej i tym, jakie zjawiska fizyczne są przez nie wykorzystywane - mówi profesor chemii Christopher Bardeen.

Uczony wyjaśnia, że gdy foton jest absorbowany przez materiał, jego energia przybiera postać ekscytonu. Istnieją dwa rodzaje ekscytonów. Jednym z nich jest singlet, z którym mamy do czynienia, gdy spiny są sparowane. Drugi to tryplet, gdy dwa elektrony nie są sparowane. W półprzewodnikach oba typy ekscytonów mają różną energię.

Jeśli tryplet ma połowę energii singletu, to możliwe jest, że jeden singlet wygenerowany przez jeden foton rozdzieli się na dwa tryplety. W ten sposób uzyskujemy 200% ekscytonów, i, mam nadzieję, elektronów na każdy zaabsorbowany foton, mówi Bardeen.

Foton, aby zostać zaabsorbowany przez półprzewodnik, musi mieć energię większą niż pasmo wzbronione w półprzewodniku. W ten sposób traci się część spektrum światła słonecznego. Jeśli jednak absorbujesz foton o energii wyższej niż pasmo wzbronione, to ma on zbyt dużo energii i ta nadmiarowa energia jest tracona w postaci ciepła. Sztuczka polega na tym, żeby podzielić energię takiego wysokoenergetycznego ekscytonu na dwa ekscytony, a nie tracić ją w postaci ciepła - dodaje. Profesor mówi, że singlet spontanicznie dzieli się na tryplety, ale mechanizm podziału nie jest jeszcze znany.

Nasze eksperymenty wykazały, że mechanizm ten jest bardzo wrażliwy na położenie i dopasowanie do siebie obu molekuł biorących udział w rozszczepieniu singletu. Niedawno podczas eksperymentów na MIT zaprezentowano organiczne ogniwo fotowoltaiczne o ponad 100-procentowej kwantowej wydajności zewnętrznej, które bazowało na tym mechanizmie. Niewykluczone, że można mechanizm ten wykorzystać też w półprzewodnikach nieorganicznych, wyjaśnia. Zespół Bardeena poszukuje nowych materiałów, w których dochodzi do rozszczepienia singletu, prowadzi badania mające na celu jak najlepsze wykorzystanie energii trypletów oraz bada właściwości spinu elektronów w ekscytonach.



« powrót do artykułu

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Niedawno podczas eksperymentów na MIT zaprezentowano organiczne ogniwo fotowoltaiczne o ponad 100-procentowej kwantowej wydajności zewnętrznej, które bazowało na tym mechanizmie.

 

Perpetum mobile zawsze przyciąga uwagę. Ale, niestety, nie istnieje. ;)

Myślę, że warto uściślić pewne rzeczy. Wiem, wydajność kwantową definiuje się często przez ilość, ale np. przejścia dielektronowe nie są czymś nowym (znane są naprawdę od dawna). Może się to kłócić z "intuicyjnym" rozumieniem (całkiem poprawnym) wydajności w sensie energetycznym. Sądzę, że mówiąc o "wydajności" większej niż 100% należy trochę bardziej rozwinąć temat. :)

Nie chciało mi się szukać, ale singlet raczej z definicji nie może ulec rozszczepieniu. Raczej triplet (lub wyżej) może być zdegenerowany. ;)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
ponad 100-procentowej kwantowej wydajności zewnętrznej

Ciekawe :) Być może te badania przyśpieszą odejście od węgla i innych paliw kopalnych.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

  • Ostatnio przeglądający   0 użytkowników

    Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.

×
×
  • Dodaj nową pozycję...