Barbara, Borbála
-6 °C
3 °C

Kétszeres hatékonyságú napelemek jönnek

MTI
2006.06.08. 17:06
Amerikában dolgozó fizikusok felfedezték, hogy a néhány atomnyi méretű nagyon kis kristályokba becsapódó fotonok a szokásos egy elektron helyett kettőt szabadítanak fel: a kétszeres hatásfokú napelemek készítéséig azonban sajnos még hosszú az út, meg kell találni az optimális anyagokat, és meg kell oldani az elektronok elvezetését a milliméternél milliószor kisebb részecskékből.

A Moszkvában végzett, majd Spanyolország és Németország után az Egyesült Államokban dolgozó Victor I. Klimov (Los Alamos National Laboratory, New Mexico) a Physical Review Letters című folyóirat beszámolója szerint 2004-ben már kimutatta, hogy a napelemeket néhány nanométer méretűre csökkentve egy foton hatására két vagy több elektron szabadul fel.

Klimov és csoportja most arról számolt be a Nano Letters című kiadványban: 4-7 nanométer átmérőjű ólom-szelenid kristályokban előfordult, hogy fotononként 7 elektron-lyuk pár keletkezett. A The New Scientist című angol tudományos folyóirat Klimov eredményei köré csoportosítva foglalta össze a napenergia jobb felhasználását célzó nanotechnológiai kutatások múltját és jövőjét. A napenergia kihasználása félvezetős napelemekkel csak drágán és meglehetősen rossz hatásfokkal lehetséges (a világrekord 24 százalék), ezért a technológia csak néhány speciális helyen, például az űrállomásokon terjedt el.

A washingtoni tengerészeti kutató laboratóriumban (Naval Research Laboratory) Alexander Efros anyagkutató 1982-ben elméletileg kimutatta, hogy bizonyos félvezetőkben egy foton több elektront is felszabadíthat. 2002-ben az ugyanitt dolgozó Arthur Nozik megjósolta, hogy a nanokristályokból álló félvezetőkben gyakoribb lesz a többszörös elektron képződés, mint az ömlesztett félvezetőkben. Klimov csoportjának 2004-ben sikerült megbízhatóan észlelni a jelenséget a kvantum pontoknak is hívott félvezető nano-kristályokban.

Amikor egy becsapódó foton felszabadít egy elektront, a kristályban egy lyuknak is nevezett töltéshiány marad a helyén. Az elektron-lyuk páros együtt az "exciton" nevet kapta. Az egy exciton létrehozásához szükséges energia anyagfüggő, az elektronnak a kötött állapotból át kell ugrania a vezetési sávba.

A foton energiája függ a fény színétől, a vörös színűnek a legkisebb, az ultraibolyának a legnagyobb az energiája. A napfényben minden szín megtalálható.

Optimális napelem készítéséhez olyan anyagot kell találni, ahol az energiasávok különbsége illeszkedik a foton energiájához, azaz a fény színéhez. A szokásos szilícium félvezető napelemek az infravörös fényhez illeszkednek, és hiába nagyobb a látható fény fotonjainak energiája, a fotonok nem tudnak több elektront kiütni, több áramot termelni, s a felesleges energia hő formájában benne marad az anyagban. Amikor viszont csak néhány atomból álló kvantum-pontokba csapódik a foton, az elektronok igen rövid időre túlgerjesztődnek, és más elektronokat is kiütnek a helyükről.

Az elektronok és lyukak a kvantumpontokban hallatlanul gyorsan újra egyesülnek, elvezetésükre még csak ötletek vannak. Egyes kutatók speciális polimer vegyületekben, mások a szén nanocsövekben reménykednek.

Nem biztos, hogy feltétlenül elektromos energiát kell a napelemnek előállítania. Elősegíthet valamilyen kémiai reakciót is, amivel üzemanyagot lehet csinálni. Az egyik forgatókönyv szerint a nanokristályokat vízbe keverik, és a napfény hatására bennük fejlődő elektromos áram hidrogénre és oxigénre bontja a vizet. A hidrogént ezután a már bevált tüzelőanyag cellákban elektromos árammá lehet alakítani - ífrta a The New Scientist című angol tudományos folyóirat.

Nászút ajándékba!

Esküvőt tervez? Tervezzen velünk, nyerjen wellness nászutat!

Budapest Te Csodás!

Karácsonyi pompába öltözött utcák, színes adventi vásárok, gazdag kulturális élmények, ez mind Budapest.