Celulele solare mai subțiri decât lungimile de undă ale luminii dețin un potențial imens de putere
Celulele solare ultra-subțiri pot absorbi lumina soarelui mai eficient decât celulele de siliciu mai groase și mai scumpe utilizate astăzi, deoarece lumina se comportă diferit la scări în jurul unui nanometru (o miliardime de metru), spun inginerii Stanford. Ei calculează că, prin configurarea corespunzătoare a grosimilor mai multor straturi subțiri de filme, un film subțire de polimer organic ar putea absorbi de 10 ori mai multă energie din lumina soarelui decât se credea posibil.
De Louis Bergeron
Studentul absolvent Aaswath Raman, profesor asociat Shanhui Fan și colegul post-doctoral Zongfu Yu au calculat că celulele fotovoltaice construite cu nanotehnologie au potențialul de a genera mult mai multă electricitate decât celulele existente.
În lumea liniștită, albă, potrivită pentru iepure, a plăcilor de siliciu și a celulelor solare, se dovedește că puțină rugozitate poate parcurge un drum lung, poate chiar până la transformarea energiei solare într-o sursă de energie accesibilă, spun inginerii Stanford.
Cercetările lor arată că lumina care ricoșează în interiorul filmului de polimer al unei celule solare se comportă diferit atunci când filmul este ultra subțire. Un film subțire la nano-scară și care a fost asprat puțin poate absorbi de peste 10 ori energia prezisă de teoria convențională.
Cheia pentru depășirea limitei teoretice constă în menținerea soarelui în strânsoarea celulei solare suficient de mult timp pentru a stoarce cantitatea maximă de energie din aceasta, folosind o tehnică numită „captarea luminii”. Este la fel ca și când ai folosi hamsteri care aleargă pe roți mici pentru a-ți genera electricitatea - ai vrea ca fiecare hamster să înregistreze cât mai multe mile înainte ca acesta să sară și să fugă.
„Cu cât un foton de lumină este mai lung în celula solară, cu atât sunt mai mari șansele ca fotonul să se absoarbă”, a spus Shanhui Fan, profesor asociat de inginerie electrică. Eficiența cu care un anumit material absoarbe lumina soarelui este extrem de importantă în determinarea eficienței globale a conversiei energiei solare. Fan este autor principal al unei lucrări care descrie lucrarea publicată online săptămâna aceasta de Proceedings of the National Academy of Sciences.
Captarea luminii a fost utilizată de câteva decenii cu celulele solare din siliciu și se realizează prin asprirea suprafeței siliciului pentru a face ca lumina primită să sară în interiorul celulei pentru o vreme după ce a pătruns, mai degrabă decât să se reflecte drept înapoi oglindă. Dar, de-a lungul anilor, indiferent de cât de mult s-au jucat cercetătorii cu tehnica, nu au putut spori eficiența celulelor tipice de siliciu „la macroscală” dincolo de o anumită cantitate.
Această diagramă schematică a unei celule solare organice cu film subțire arată stratul superior, un strat de împrăștiere modelat, aspru, în verde. Stratul organic de peliculă subțire, prezentat în roșu, este locul în care lumina este prinsă și se generează curent electric. Filmul este intercalat între două straturi care ajută la menținerea luminii conținute în filmul subțire.