Zásadný prelom v solárnej energetike vďaka vrstveniu inovatívnych materiálov

Svet neustále hľadá čistejšie a efektívnejšie zdroje energie, pričom solárna energia hrá v tejto snahe ústrednú úlohu. Hoci tradičné solárne články sú účinné, ich limity v účinnosti a priestorových požiadavkách predstavujú výzvu pre rozsiahlejšie využitie. Predstavte si však prelom, ktorý by mohol tieto obmedzenia prekonať a nanovo definovať spôsob, akým využívame slnečnú energiu. Presne takýto objav sa podaril tímu nemeckých výskumníkov.

Inovátori z Univerzity Martina Luthera v Halle-Wittenbergu vyvinuli revolučnú metódu, ktorá výrazne zvyšuje výrobu elektriny v určitých materiáloch pri vystavení svetlu. Jadrom ich objavu je materiál známy ako titaničitan bárnatý (BaTiO₃). Hoci je tento materiál sám osebe schopný premieňať svetlo na elektrinu, jeho účinnosť nie je obzvlášť vysoká. Vedci však prišli na geniálne riešenie: vytvorili vrstvenú štruktúru, ktorú prirovnávajú ku „kryštálovému sendviču“.

Do nej vložili ultratenké vrstvy titaničitanu bárnatého medzi vrstvy titaničitanu strontnatého a titaničitanu vápenatého. Každá z týchto vrstiev je neuveriteľne tenká, má hrúbku len 200 nanometrov (200 x 10⁻⁹ metrov), a výskumníci ich naskladali až 500. Tento precízny proces výroby zahŕňal použitie vysokovýkonného lasera na odparovanie kryštálov a ich opätovné nanášanie vo vrstvách. Dôvod, prečo je táto vrstvená štruktúra taká účinná, spočíva v interakcii medzi feroelektrickými materiálmi (titaničitan bárnatý) a paraelektrickými materiálmi (titaničitan strontnatý a titaničitan vápenatý).

Táto súhra výrazne zlepšuje absorpciu slnečného svetla a uľahčuje generovanie voľne sa pohybujúcich elektrických nábojov. Mriežkové vrstvy vedú k oveľa vyššej permitivite, čo umožňuje elektrónom ľahšie prúdiť, keď sú excitované svetelnými fotónmi. Výsledok je ohromujúci: tieto vrstvené štruktúry generovali až 1000-násobne viac elektriny než rovnaké množstvo samostatného titaničitanu bárnatého. A čo je ešte prekvapivejšie, dosiahli to napriek tomu, že použili o dve tretiny menej fotoelektrickej zložky.

Vedci tiež zistili, že efekt možno jemne doladiť úpravou hrúbky každej vrstvy. Kľúčovým faktorom pre praktické aplikácie je aj trvanlivosť – účinok zostal takmer konštantný po dobu šiestich mesiacov, čo naznačuje robustnosť materiálu. Dôsledky tejto prelomovej kryštálovej technológie pre solárnu energiu sú rozsiahle. Mohla by viesť k vývoju oveľa účinnejších a kompaktnejších solárnych panelov.

Na rozdiel od súčasných solárnych článkov na báze kremíka by nové panely vyžadovali podstatne menej priestoru, čo ich robí mimoriadne atraktívnymi pre mestské prostredia, kde je každý meter štvorcový cenný. Okrem toho je nový materiál jednoduchší na výrobu a odolnejší, pretože nevyžaduje špeciálne balenie, čo znižuje náklady a zložitosť. Tieto výsledky naznačujú sľubnú budúcnosť pre solárne panely a zariadenia napájané svetlom, čo by mohlo transformovať spôsob, akým využívame slnečnú energiu a urobiť ju ešte dostupnejšou a rozšírenejšou.  

Zdroj: techspot.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}