Учени разработват материали, които могат да направят съвременните фотоволтаични клетки два пъти по-ефективни (снимка: CC0 Public Domain)
Американски учени планират да използват синтезирана тетраценова двукиселина (Tc-DA) за разработване на така наречените слънчеви клетки с единично (синглетно) делене. Този вид модули могат да произведат два електрона от един фотон, което прави клетката по-ефективна.
Изследователи от Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) в САЩ са се заели да изработят фотоволтаична клетка от тетрацен – полицикличен ароматен въглеводород, който обикновено се използва в органични полеви транзистори (OFETs), органични светоизлъчващи диоди (OLED) или като сенсибилизатор при хемолуминесценция.
Делението на единичен екситон е ефект, наблюдаван в определени материали, при който един фотон може да генерира две двойки електрон-дупка, докато се абсорбира в слънчевата клетка. Ефектът е установен от учени още през 70-те години на миналия век. Въпреки, че това се превърна във важна област на изследване за някои от водещите институти в света през последното десетилетие, претворяването на ефекта в жизнеспособна слънчева клетка се оказа сложно.
Слънчевите клетки с единично делене могат да произведат два електрона от един фотон, което прави клетката по-ефективна. Това се случва чрез квантов механичен процес, при който един екситон (двойка електрон-дупка) се разделя на два триплетни екситона. Според изследователите, това би трябвало да означава подобрени добиви на енергия.
За избрания материал – тетрацена – учените обясняват, че е един от основните кандидати за синглетно делене след анализиране на техните агрегатни структури чрез спектроскопия с ядрено-магнитен резонанс (NMR) и изчислително моделиране. С известно манипулиране в лаботаторията могат да се създадат вариации, способни на състояния, които изследователите описват като „желани видове за доставяне на заряди към електрод или катализатор”.
Изследването на синглетното делене доведе до други интересни открития в последно време. Миналата година учети от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Университета на Вирджиния обявиха планове за използване на ацени, които са бензенови молекули с уникални оптоелектронни свойства, в слънчеви клетки с единично делене.
През 2019 г. изследователска група от MIT демонстрира как деленето на синглетни екситони може да се приложи към силициеви слънчеви клетки и да доведе до ефективност на клетките от 35%. Те твърдяха, че са първата група, прехвърлила ефекта от един от „екситоничните“ материали, за които е известно, че го проявяват – в този случай също тетрацен.
Изследователите от MIT описаха разработката като „турбокомпресиране“ на силициеви слънчеви клетки и казаха, че тя се различава от най-често срещаните подходи за увеличаване на ефективността на слънчевите клетки, които в наши дни са фокусирани повече върху концепциите за тандемни клетки. „Добавяме повече ток в силиция, вместо да правим две клетки“, казаха ученигте.