Produire plus d’électricité à partir de cellules solaires et mener de nouvelles recherches sur la fission dite singlet, actuellement menées par des scientifiques de l’Université Friedrich-Alexander-Erlangen-Nuremberg (FAU). Ce projet de recherche conjoint, mené en collaboration avec le Centre de recherche solaire Argonne-Nord-Ouest (ANSER) de la Northwestern University, à Evanston, a permis d'améliorer considérablement l'efficacité des cellules solaires grâce à une fission à fission unique. C’est un pas de plus vers la réalisation de ces objectifs qui ont été publiés dans la revue scientifique Chemistry.
La consommation mondiale d'énergie augmente rapidement et cette tendance à la hausse se poursuivra au cours des prochaines années: pour répondre à la demande tout en protégeant l'environnement, les énergies renouvelables telles que le solaire, l'éolien, l'eau et la bioénergie prennent de plus en plus d'importance. En 2017, environ 6% seulement de la production d'électricité en Allemagne provenait de systèmes photovoltaïques et nos technologies existantes à base de silicium atteignent rapidement leurs limites.
La technologie photovoltaïque à base de silicium atteint rapidement ses limites (les images proviennent d'Internet)
Utilisation de cellules solaires pour générer de l'électricité
Les cellules solaires sont extrêmement inefficaces pour convertir l’énergie solaire en électricité, mais leur efficacité actuelle n’est que de 20% à 25%. Les gens réclament de nouvelles façons d’améliorer considérablement les performances des cellules solaires et de générer plus d’électricité. Les scientifiques des centres FAU et ANSER ont exploré une approche prometteuse dans le cadre de leur projet de recherche commun dans le cadre du Programme des zones émergentes (EFI). Le mécanisme dit de fission singulet (SF), c’est-à-dire qu’un photon excite deux électrons.
Avoir une meilleure compréhension de la fission singulet
Le principe de la fission à une seule ligne a été découvert il y a une cinquantaine d'années, mais seul un scientifique américain a reconnu le potentiel d'amélioration significative de l'efficacité des cellules solaires organiques il y a une dizaine d'années seulement. compréhension des processus de base et des mécanismes complexes derrière le professeur Michael Wasielewski du Centre ANSER, les chercheurs de ce FAU -. Dirk professeur Guldi, président de la chimie physique chimie organique professeur Rik président Tykwinski (Université Eerbota, Canada), la physique de l'état solide théorique professeur Dr. Michael Thoss (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) et l'ordinateur Centre de chimie (CCC) Le professeur Tim Clark tentent maintenant de clarifier certains aspects importants de la fission singlet (SF).
Une compréhension détaillée du processus
Lorsque les photons de la lumière du soleil rencontré et absorption moléculaire, un niveau d'énergie d'électrons molécule augmentera par absorption d'un photon, les molécules organiques donc de transitions des états de haute énergie. Ensuite, en utilisant cette cellule solaire peut être stockée temporairement dans un l'énergie de génération d'énergie électrique molécule. meilleures cellules solaires classiques sont produites par des électrons d'énergie de photons en tant que support. Cependant, si le composé choisi est un dimère, deux électrons de molécules voisines peut être converti en un plus haut L'état d'énergie: en général, un photon produit deux électrons excités, qui peuvent à leur tour être utilisés pour générer du courant, processus appelé fission de singlet (SF), idéalement le cas. Les performances des cellules solaires peuvent être grandement améliorées.Les chimistes et physiciens des centres FAU et ANSER ont étudié les mécanismes sous-jacents plus en détail et ont acquis une compréhension plus large du processus de SF.
La fission de singulets (SF) est le processus de conversion d'un état excité de singulet en deux états de triplet. Trois découvertes importantes
Lors de la première étape de la recherche, les scientifiques ont produit un dimère moléculaire à partir de deux unités pentènes, considéré comme une solution prometteuse pour l’utilisation de la fission singulet dans les cellules solaires. Ils exposent le liquide à la lumière et utilisent diverses méthodes de spectroscopie pour étudier les processus photophysiques au sein de la molécule.
Cela a permis aux chercheurs de mieux comprendre le mécanisme de la fission intramoléculaire des singulets de trois manières différentes: premièrement, ils ont démontré que le couplage à des états de transfert de charge plus élevés était essentiel à l'efficacité de la FS. Ils ont récemment créé et publié un modèle de fission à un seul état (doi: 10.1038 / ncomms15171). Troisièmement, ils démontrent que l'efficacité du SF est étroitement liée à la résistance au couplage des deux sous-unités du pentène.
Les découvertes des chercheurs montrent qu'il est important de bien planifier la conception des matériaux SF, ce qui constitue une étape importante dans l'utilisation de systèmes photovoltaïques à base de SF pour la production d'électricité, mais des recherches fondamentales supplémentaires sont nécessaires pour réaliser ou approcher des applications pratiques.
