Вырабатывайте больше электричества из солнечных батарей и проводите дальнейшие исследования по так называемому синглетному делению, которое в настоящее время проводят ученые из Университета имени Фридриха-Александра-Эрлангена-Нюрнберга (FAU). Часть совместного исследовательского проекта, который был проведен в сотрудничестве с Исследовательским центром Аргонн-Северо-Западный солнечный исследователь (ANSER) в Северо-западном университете, Эванстон. Деление с делением на единицу деления может значительно повысить эффективность солнечных элементов - благодаря последним исследованиям Это шаг к тому, чтобы стать возможным. Эти результаты были опубликованы в научном журнале «Химия».
Мировое потребление энергии быстро растет, и эта тенденция будет продолжаться в ближайшие несколько лет. Чтобы удовлетворить спрос при защите окружающей среды, возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, ветер, вода и биоэнергия становятся все более важными. Из всего производства электроэнергии в Германии в 2017 году только около 6% приходилось на фотоэлектрические системы, и наши существующие технологии на основе кремния быстро достигают своих пределов.
Кремниевая фотоэлектрическая технология быстро достигает своих пределов (фотографии поступают из Интернета)
Использование солнечных батарей для выработки электроэнергии
Солнечные батареи крайне неэффективны при преобразовании солнечной энергии в электроэнергию. Их текущая эффективность составляет всего от 20% до 25%. Люди призывают к новым способам значительно улучшить работу солнечных батарей и генерировать больше электроэнергии. Ответ может быть сделан в физико-химическом процессе. Было обнаружено, что это значительно повысит эффективность солнечных элементов. Ученые из центров FAU и ANSER изучают перспективный подход в рамках своего совместного исследовательского проекта в Программе развивающихся стран (EFI). Так называемый механизм синглетного деления (SF), т. Е. Один фотон возбуждает два электрона.
Лучше понять синглетное деление
Принцип синглетного деления примерно пятьдесят лет назад было обнаружено, но его потенциал значительно повысить эффективность органических солнечных элементов признаются только учеными в Соединенных Штатах были всего лишь десять лет назад. С тех пор исследователи работают по всему миру более глубоко Понимают основные процессы и сложные механизмы, стоящие за ним. Профессор Майкл Вайелевски из Центра ANSER, научный сотрудник FAU - профессор Дирк Гулди, заведующий кафедрой физической химии, профессор Рик Тыкински, президент органической химии (Университет Альберты, Канада), теоретическая физика твердого тела Доктор Майкл Тосс (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) и профессор Тим Кларк из Центра компьютерной химии (CCC) в настоящее время пытаются прояснить некоторые аспекты, которые важны для синглетного деления (SF).
Подробное понимание процесса
Когда фотон от солнечного света встречается и поглощается молекулой, энергетический уровень электрона в молекуле возрастает. Поглощая фотоны, органическая молекула, таким образом, превращается в состояние с высокой энергией. Тогда солнечный элемент может использовать это временное хранилище. Энергия в молекуле вырабатывает электрическую энергию. Лучшим решением для традиционных солнечных элементов является то, что каждый фотон производит электрон как носитель для электрической энергии. Однако, если используется димер выбранного соединения, два электрона из смежных молекул могут быть преобразованы в более высокие Состояние энергии. В общем случае фотон создает два возбужденных электрона, которые, в свою очередь, могут быть использованы для генерации тока. Этот процесс называется синглетным делением (SF), что в идеальном случае. Эффективность солнечных элементов может быть значительно улучшена. Химики и физики в центрах FAU и ANSER более детально изучили основные механизмы и получили более широкое понимание процесса SF.
Синглетное деление (SF) представляет собой процесс преобразования синглетного возбужденного состояния в два триплетных состояния. Три важных открытия
В качестве первого шага исследования ученые выпустили молекулярный димер из двух пентеновых единиц. Этот углеводород считается перспективным вариантом использования синглетного деления в солнечных батареях. Они открывают жидкость для освещения и используют различные методы спектроскопии для изучения фотофизических процессов внутри молекулы.
Это позволило исследователям иметь три далеко идущие представления о механизме внутримолекулярного синглетного деления. Во-первых, они успешно продемонстрировали, что связь с более высокими состояниями переноса заряда необходима для эффективного SF. Во-вторых, они подтвердили Недавно они создали и опубликовали модель деления одного состояния (doi: 10.1038 / ncomms15171). Третий и последний, они показывают, что эффективность SF значительно связана с прочностью сцепления двух субъединиц пентена.
Выводы исследователей указывают на важность тщательного планирования дизайна материалов SF. Это важный этап в использовании фотоэлектрических систем на основе SF для выработки электроэнергии. Однако для достижения или приближения к практическим применениям необходимы дополнительные фундаментальные исследования.
