Вчені з Канзаського університету досягли значних проривів у галузі органічних напівпровідників, що відкриває перспективи розробки більш ефективних і універсальних сонячних батарей. Про це повідомляє Interesting Engineering.
Історично кремній був основним матеріалом у сонячній енергетиці завдяки високій ефективності та довговічності своїх фотоелектричних панелей. Однак жорсткість та високі витрати на виробництво кремнієвих сонячних елементів обмежують їх використання, особливо на вигнутих поверхнях.
На відміну від існуючих матеріалів, органічні напівпровідники на основі вуглецю є більш гнучкою та економічно ефективною альтернативою.
“Потенційно вони можуть знизити вартість виробництва сонячних батарей, оскільки ці матеріали можна наносити на довільні поверхні за допомогою розчинів – так само як ми фарбуємо стіни”, – пояснює Вай-Лун Чан, доцент кафедри фізики та астрономії Канзаського університету та автор дослідження.
Органічні напівпровідники можна налаштувати на поглинання світла певної довжини хвилі, що значно розширює їхній потенціал для застосування. Ці особливості роблять органічні сонячні панелі особливо перспективними для використання в екологічно чистих та стійких будинках нового покоління.
Попри ці переваги, органічні сонячні батареї традиційно відстають за ефективністю від своїх кремнієвих аналогів: кремнієві панелі перетворюють на електрику до 25% сонячного світла, тоді як органічні елементи мають ККД близько 12%.
Канзаська дослідницька група вивчила перевагу NFA над іншими органічними напівпровідниками. У ході дослідження було виявлено дивовижне явище: за певних умов збуджені електрони в NFAs можуть отримувати енергію з навколишнього середовища, а не втрачати її.
Аспірант Кушал Ріджал керував експериментами з використанням двофотонної фотоемісійної спектроскопії, яка дозволяє відслідковувати енергію збуджених електронів з високою тимчасовою роздільною здатністю до трильйонної частки секунди.
Дослідники вважають, що такий приріст енергії є результатом взаємодії квантової механіки та термодинаміки. На квантовому рівні збуджені електрони можуть перебувати одночасно на кількох молекулах. Це у поєднанні з другим законом термодинаміки змінює традиційний напрямок потоку тепла.
