การแยกเซลล์เดี่ยว | จอกศักดิ์สิทธิ์ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ

ผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มากขึ้นและดำเนินการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการแยกตัวของ singlet fission ซึ่งปัจจุบันได้ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ Friedrich-Alexander-Erlangen-Nuremberg University (FAU) ส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยร่วมโครงการอยู่กับมหาวิทยาลัย Northwestern University ใน Evanston มหาวิทยาลัยอาร์กอน - ทิศตะวันตกเฉียงเหนือแสงอาทิตย์ศูนย์วิจัยพลังงานดำเนินการ (ANSER) ความร่วมมือเสื้อกล้ามฟิชชันสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ - ขอบคุณการวิจัยล่าสุด มันเป็นขั้นตอนที่ใกล้ชิดกับการเป็นไปได้ผลการวิจัยเหล่านี้ถูกตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์เคมี

การใช้พลังงานทั่วโลกมีการเติบโตอย่างรวดเร็วและมีแนวโน้มสูงขึ้นนี้จะดำเนินต่อไปในปีที่ผ่านมา. เพื่อที่จะตอบสนองความต้องการในขณะที่ปกป้องสิ่งแวดล้อม, พลังงานแสงอาทิตย์ลมน้ำและชีวมวลและอื่น ๆ แหล่งพลังงานหมุนเวียนจะกลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้น. อย่างไรก็ตาม จากการผลิตพลังงานทั้งหมดในเยอรมนีในปี 2560 มีเพียง 6% เท่านั้นที่มาจากระบบเซลล์แสงอาทิตย์และเทคโนโลยีที่ใช้ซิลิคอนของเรามีอยู่อย่างรวดเร็ว

เทคโนโลยี photovoltaic ที่ใช้พลังงานจากซิลิคอนได้รับการ จำกัด ขอบเขตอย่างรวดเร็ว (ภาพมาจากอินเทอร์เน็ต)

การใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพมากในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าประสิทธิภาพปัจจุบันของพวกเขามีเพียง 20% ถึง 25% เท่านั้นผู้คนกำลังเรียกหาวิธีการใหม่ ๆ ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และสร้างกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นคำตอบอาจอยู่ในกระบวนการทางเคมีกายภาพ พบว่าวิธีนี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์นักวิทยาศาสตร์ที่ FAU และ ANSER Centers ได้สำรวจแนวทางที่มีแนวโน้มเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยร่วมของพวกเขาในโครงการ Emerging Areas Program (EFI) กลไกการแยกเดี่ยว (SF) ที่เรียกว่าโฟตอนหนึ่งคือโฟตอนหนึ่งกระตุ้นอิเล็กตรอนสองตัว

มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับการแตกตัวของ singlet

ฟิชชันเสื้อกล้ามหลักการประมาณห้าสิบปีที่ผ่านมาถูกค้นพบ แต่ที่อาจเกิดขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ได้รับการยอมรับโดยเฉพาะนักวิทยาศาสตร์ในประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นเพียงทศวรรษที่ผ่านมา. ตั้งแต่นั้นมานักวิจัยได้รับการทำงานทั่วโลกอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น ความเข้าใจในกระบวนการขั้นพื้นฐานและกลไกที่ซับซ้อนอยู่เบื้องหลังศาสตราจารย์ไมเคิล Wasielewski จาก ANSER ศูนย์นักวิจัยจาก FAU ของ -. เดิร์คศาสตราจารย์ Guldi ประธานอินทรีย์เคมีกายภาพเคมีอาจารย์ริกประธาน Tykwinski (Eerbota มหาวิทยาลัยแคนาดา), ทฤษฎีฟิสิกส์สถานะของแข็ง ศาสตราจารย์ดร. ไมเคิล Thoss (อัลเบิร์-Ludwigs-Universität Freiburg) และคอมพิวเตอร์เคมีเซ็นเตอร์ (CCC) ศาสตราจารย์ทิมคลาร์กกำลังพยายามที่จะชี้แจงบางแง่มุมที่สำคัญของการแบ่งเซลล์เดี่ยว (SF)

ความเข้าใจรายละเอียดของกระบวนการ

เมื่อโฟตอนจากแสงแดดที่พบและการดูดซึมโมเลกุลระดับพลังงานอิเล็กตรอนโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นโดยการดูดซึมของโฟตอนที่โมเลกุลของสารอินทรีย์จึงเปลี่ยนสถานะพลังงานสูง. จากนั้นใช้เซลล์แสงอาทิตย์นี้จะถูกเก็บไว้ชั่วคราวใน สร้างพลังงานโมเลกุลพลังงานไฟฟ้า. ที่ดีที่สุดเซลล์แสงอาทิตย์แบบเดิมที่มีการผลิตต่ออิเล็กตรอนพลังงานโฟตอนเป็นผู้ให้บริการ. แต่ถ้าสารประกอบที่เลือกเป็น dimer สองอิเล็กตรอนจากโมเลกุลใกล้เคียงอาจได้รับการดัดแปลงเป็นที่สูงขึ้น สถานะของพลังงานโดยทั่วไปโฟตอนจะสร้างอิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นสองตัวซึ่งจะสามารถนำมาใช้สร้างกระแสได้กระบวนการนี้เรียกว่าการแยกเดี่ยว (SF) ซึ่งเป็นกรณีที่เหมาะอย่างยิ่ง สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์. ศูนย์ ANSER ของ FAU และนักเคมีและฟิสิกส์กลไกที่มีศักยภาพในรายละเอียดมากขึ้นเพื่อให้มีความเข้าใจที่กว้างขึ้นของกระบวนการเอสเอฟ

การหลอมเดี่ยว (SF) เป็นกระบวนการแปลงสถานะตื่นเต้นแบบ singlet เป็นสองรัฐ triplet

สามค้นพบที่สำคัญ

ในขั้นตอนแรกในการวิจัยนักวิทยาศาสตร์ได้ผลิต dimer โมเลกุลจากหน่วยเพนเทนซึ่งไฮโดรคาร์บอนนี้ถือเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้การแยกเดี่ยวในเซลล์แสงอาทิตย์ พวกเขาเปิดเผยของเหลวให้แสงและใช้วิธีการสเปคโทรสเพื่อศึกษากระบวนการ photophysical ภายในโมเลกุล

นักวิจัยได้ให้ความรู้ความเข้าใจที่ลึกซึ้งถึงกลไกการสังเคราะห์สารเดี่ยวเดี่ยวภายในสามประการประการแรกพวกเขาประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นว่าการมีเพศสัมพันธ์กับสถานะการถ่ายเทประจุที่สูงขึ้นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ SF ที่มีประสิทธิภาพประการที่สองพวกเขาได้รับการตรวจสอบ พวกเขาเพิ่งสร้างและเผยแพร่รูปแบบการแยกตัวแบบรัฐเดี่ยว (doi: 10.1038 / ncomms15171) ซึ่งเป็นครั้งที่สามและครั้งสุดท้ายแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของ SF มีความสัมพันธ์กับความแข็งแรงในการจับคู่ของหน่วยย่อยของเพนเทนทั้งสอง

ผลการวิจัยชี้ให้เห็นถึงความสำคัญของการวางแผนอย่างรอบคอบในการออกแบบวัสดุ SF ซึ่งนับเป็นก้าวสำคัญในการใช้ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างไรก็ตามการวิจัยขั้นพื้นฐานเพิ่มเติมเพื่อให้บรรลุหรือใช้งานได้จริง