Când vine vorba de panourile solare, stoarcerea fiecărei ”picături” de energie din cât mai mulţi fotoni posibili este imperativă. Acest obiectiv a însemnat pentru cercetători o căutare continuă, ei încercând să stimuleze eficienţa energetică prin folosirea unor materiale tot mai avansate, unele dintre ele dovedindu-se, însă, ineficiente. Oare s-a găsit soluţia?
În prezent, cercetătorii de la Universitatea din Pennsylvania şi Universitatea Drexel au demonstrat, în mod experimental, o nouă paradigmă pentru construirea de celule solare, mai puţin costisitoare şi mai eficace la recoltarea energiei de la soare.
Potrivit Science Daily, studiul a fost condus de profesorul Andrew M. Rappe şi de cercetătorul de specialitate Ilya Grinberg de la Departamentul de Chimie Penn, Şcoala de Arte şi Ştiinţe, împreună cu Peter K. Davies de la Departamentul de Ştiinţă şi Ingineria Materialelor de la Şcoala de Inginerie şi Ştiinţă Aplicată, şi profesorul Jonathan E. Spanier de la Departamentul de Ştiinţă şi Ingineria Materialelor Drexel.
Celule solare existente funcţionează, toate, în acelaşi mod fundamental: ele absorb lumina, care stimulează electronii şi îi face să se mişte într-o anumită direcţie.
Acest flux de electroni este curentul electric. Însă, pentru a stabili o direcţie consecventă a mişcării lor, celulele solare trebuie să fie confecţionate din două materiale.
În timp ce un electron stimulat se mişcă pe interfaţa materialului care absoarbe lumina spre materialul care va conduce curentul, acesta nu poate trece înapoi, având deja o direcţie.
„Există, însă, o mică categorie de materiale care, atunci când straluceşte lumina pe ele, electronul merge într-o anumită direcţie, fără a fi nevoie să treacă de la un material la altul”, spune Rappe.
„Noi îl numim efectul fotovoltaic «în vrac», ci nu efectul de «interfaţă», efect ce folosit în celule solare existente. Acest fenomen a fost cunoscut încă din anii 1970, însă noi nu facem celule solare în acest mod, deoarece acestea au fost demonstrate numai cu lumina ultravioletă, iar energia de la soare este în spectrul vizibil şi infraroşu.”
Găsirea unui material care prezintă efectul fotovoltaic ”în vrac” ar simplifica foarte mult construcţia de celule solare.
Pentru că nu există materiale care să expună efectul fotovoltaic ”în vrac” la lumina vizibilă, echipa de cercetare a început crearea unui material nou, unul fiabil și a cărui proprietăţi pot fi măsurate.
„Provocarea în ceea ce privește designul”, a declarat Davies, „a fost de a identifica materialele care pot reţine proprietăţile lor polare şi care, în acelaşi timp, să absoarbă lumina vizibilă.
Calculele teoretice ne-au condus spre tipuri de materiale în care, de multe ori, acestea se exclud reciproc însă nu imposibil de stabilizat.”
Această structură este cunoscută sub numele de cristalul perovskitic. Materialele absorbante cele mai ușoare au o structură cristalină simetrică, adică atomii lor sunt aranjaţi în repetarea modelului: în sus, jos, stânga, dreapta, faţă şi spate.
Ei bine, această calitate face materialele să fie non-polare, astfel încât nu există nici o direcție generală pentru mişcarea lor.
După mai multe încercări eşuate de a produce fizic cristalele perowskite specifice pe care le-au teoretizat, cercetătorii au avut succes cu o combinație de niobat de potasiu şi bariu niobat nichel, care contribuie la decalajul de bandă a produsului final.
„Aceste tipuri de materiale”, spune Spanier „sunt cu atât mai remarcabile, deoarece sunt compuse din elemente ieftine, non-toxice şi uşor de procurat, spre deosebire de materialele semiconductoare compuse, utilizate în prezent în tehnologia de celule solare cu film subţire.”
Roxana Muntean
