Produrre più elettricità dalle celle solari e condurre ulteriori ricerche sulla cosiddetta fissione singlet, attualmente svolta dagli scienziati dell'Università Friedrich-Alexander-Erlangen-Norimberga (FAU). Parte del progetto di ricerca congiunto, che è stato condotto in collaborazione con il centro di ricerca solare Argonne-Northwest (ANSER) della Northwestern University di Evanston, la fissione a fissione singola può migliorare notevolmente l'efficienza delle celle solari - grazie alle ultime ricerche È un passo in avanti verso la possibilità di essere scoperti Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Chemistry.
Il consumo globale di energia sta crescendo rapidamente e questa tendenza al rialzo continuerà nei prossimi anni: al fine di soddisfare la domanda proteggendo l'ambiente, le energie rinnovabili come il solare, il vento, l'acqua e la bioenergia stanno diventando sempre più importanti. Del totale della produzione di energia elettrica in Germania nel 2017, solo il 6% circa proveniva dai sistemi fotovoltaici e le nostre attuali tecnologie basate sul silicio stanno rapidamente raggiungendo i loro limiti.
La tecnologia fotovoltaica a base di silicio sta rapidamente raggiungendo i suoi limiti (le immagini provengono da Internet)
Usare le celle solari per generare elettricità
Le celle solari sono estremamente inefficienti nel convertire l'energia solare in energia elettrica, con un'efficienza attuale che va dal 20% al 25% e le persone chiedono nuovi modi per migliorare significativamente le prestazioni delle celle solari e generare più elettricità. È stato scoperto che ciò aumenterà notevolmente l'efficienza delle celle solari Gli scienziati dei centri FAU e ANSER hanno esplorato un approccio promettente come parte del loro progetto di ricerca congiunto nel Programma aree emergenti (EFI). Il cosiddetto meccanismo di fissione singlet (SF), cioè un fotone eccita due elettroni.
Avere una migliore comprensione della fissione singlet
Principio fissione singoletto di una cinquantina di anni fa è stato scoperto, ma il suo potenziale per migliorare in modo significativo l'efficienza delle celle solari organiche è riconosciuto solo dagli scienziati negli Stati Uniti era solo una decina di anni fa. Da allora, i ricercatori hanno lavorato in tutto il mondo più profondamente comprensione dei processi di base e complessi meccanismi che stanno dietro il professor Michael Wasielewski dal ANSER centro, i ricercatori della FAU di -. Dirk professor Guldi, presidente della chimica organica fisica professore di chimica Rik Presidente Tykwinski (Università Eerbota, Canada), fisica dello stato solido teorica Prof. Dr. Michael Thoss (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) e il computer Chemistry Center (CCC) Il professor Tim Clark stanno ora cercando di chiarire alcuni aspetti importanti della fissione singoletto (SF).
conoscenza dettagliata del processo
Quando fotoni di luce solare incontrati e assorbimento molecolare, un livello di energia degli elettroni molecola aumenteranno di assorbimento di un fotone, le molecole organiche transizioni quindi stato di alta energia. Quindi, usando questa cella solare può essere memorizzato temporaneamente in un energia generando molecola energia elettrica. migliori celle solari convenzionali sono prodotti per elettroni energia fotonica come un vettore. Tuttavia, se il composto selezionato è un dimero, due elettroni da molecole vicina può essere convertito in un maggiore energia dello stato. in generale, un fotone può produrre due elettroni eccitati, che a loro volta possono essere utilizzati per generare due correnti di elettroni. questo processo è noto come fissione singoletto (SF), che, nel caso ideale può migliorare notevolmente le prestazioni del solare centro della cellula. ANSER della FAU e chimici e fisici potenziale meccanismo più in dettaglio, in modo che con una comprensione più ampia del processo di SF.
fissione singoletto (SF) viene convertito in uno stato eccitato singoletto ad una tripletta di due processi. Tre i principali risultati
Come primo passo nella ricerca, gli scienziati hanno prodotto un dimero molecolare da due unità pentene.Questo idrocarburo è considerato un'opzione promettente per l'utilizzo della fissione singlet nelle celle solari. Espongono il liquido alla luce e usano vari metodi di spettroscopia per studiare i processi fotofisici all'interno della molecola.
Ciò ha permesso ai ricercatori di avere tre intuizioni approfondite sul meccanismo della fissione singlet intramolecolare: in primo luogo, hanno dimostrato con successo che l'accoppiamento con gli stati di trasferimento di carica più elevati è essenziale per una SF efficiente. Di recente hanno creato e pubblicato un modello di fissione a stato singolo (do: 10.1038 / ncomms15171), il terzo e l'ultimo, dimostrano che l'efficienza di SF è significativamente correlata alla forza di accoppiamento delle due subunità pentene.
Le scoperte dei ricercatori indicano l'importanza di pianificare attentamente la progettazione dei materiali SF.Questa è un'importante pietra miliare nell'utilizzo di sistemi fotovoltaici basati su SF per la produzione di energia, tuttavia sono necessarie ulteriori ricerche di base per raggiungere o affrontare applicazioni pratiche.
