Kada sunčeva svetlost pogodi solarni materijal, elektroni dobijaju energiju i prelaze u više energetsko stanje. Problem je što veliki deo te dodatne energije veoma brzo izgube u obliku toplote, pre nego što solarna ćelija uspe da je pretvori u električnu struju.
Naučnici Univerziteta u Groningenu proučavali su perovskitni materijal na bazi kalaja i ustanovili da se takozvani vreli elektroni u njemu hlade znatno sporije nego u mnogim uobičajenim poluprovodnicima. Umesto da višak energije izgube za nekoliko pikosekundi, zadržavali su ga tokom nanosekundnog vremenskog intervala.
Nanosekunda je i dalje samo milijarditi deo sekunde, ali je u svetu elektronskih procesa to ogromna razlika. Produženje može biti reda veličine hiljadu puta, dajući budućem uređaju mnogo više vremena da izdvoji energiju pre nego što se pretvori u toplotu.
O nalazu je izvestio „Times of India“, pozivajući se na istraživanje objavljeno u časopisu „ACS Energy Letters“. Naučnici su zaključili da se u materijalu istovremeno pojavljuju dva fizička mehanizma koji usporavaju hlađenje.
Prvi se naziva usko grlo vrelih fonona. Elektroni predaju energiju vibracijama kristalne rešetke, odnosno fononima. Ako se te vibracije ne rasipaju dovoljno brzo, deo energije može da se vraća elektronima, pa čitav proces hlađenja traje duže.
Drugi je Berstin–Mosov efekat. Kada su određena elektronska stanja već popunjena, novi elektroni nemaju lako dostupna mesta niže energije u koja bi prešli. To menja optička i elektronska svojstva materijala i dodatno usporava gubitak energije.
Kalajni perovskiti zanimljivi su i zato što predstavljaju moguću alternativu materijalima na bazi olova. Olovni perovskiti ostvarili su veliki napredak u efikasnosti, ali prisustvo toksičnog metala otežava njihovu proizvodnju, reciklažu i široku primenu. Kalaj je privlačniji sa stanovišta toksičnosti, mada ima druge probleme, uključujući osetljivost na oksidaciju i stabilnost.
Otkriće ne znači da će se postojeći paneli odmah zameniti uređajima koji proizvode mnogo više struje. Da bi se energija vrelih elektrona iskoristila, potrebno je napraviti kontakte koji ih mogu izdvojiti dovoljno brzo, a da pritom ne naruše ostatak ćelije.
Takozvane solarne ćelije sa vrelim nosiocima dugo predstavljaju jedan od velikih ciljeva fotonaponskih istraživanja. One bi mogle da smanje termalizacione gubitke, jednu od osnovnih prepreka koja ograničava efikasnost klasičnih ćelija sa jednim apsorpcionim slojem.
Sledeći korak biće pretvaranje zanimljivog ponašanja materijala u funkcionalan uređaj. Potrebno je dokazati da se energija može izdvojiti, da ćelija ostaje stabilna tokom godina rada i da postupak proizvodnje nije preskup.
Ipak, usporavanje procesa sa pikosekundi na nanosekunde predstavlja važnu osnovu. U trci elektrona sa gubitkom energije naučnici su dobili hiljadu puta duži vremenski prozor – a upravo bi tih nekoliko milijarditih delova sekunde moglo biti presudno za efikasnije korišćenje sunčeve svetlosti.
S.B.
Izvor: Postinfo
