«Παράγουν περισσότερη ισχύ από το ίδιο φως»: Η Ιαπωνία φέρνει επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια

Ερευνητές από την Ιαπωνία ανέπτυξαν πειραματικό σύστημα που αυξάνει την απόδοση της ηλιακής ενέργειας, παράγοντας περισσότερη αξιοποιήσιμη ισχύ από την ίδια ποσότητα φωτός.

Ένα σημαντικό βήμα προς τη νέα γενιά ηλιακής ενέργειας πραγματοποίησαν ερευνητές από την Ιαπωνία και τη Γερμανία, αναπτύσσοντας ένα πειραματικό σύστημα που υπόσχεται να αυξήσει θεαματικά την αποδοτικότητα των φωτοβολταϊκών τεχνολογιών.

Η ερευνητική ομάδα από το Kyushu University, σε συνεργασία με το Johannes Gutenberg University Mainz, παρουσίασε τα αποτελέσματα της μελέτης της στο επιστημονικό περιοδικό Journal of the American Chemical Society.

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, το νέο σύστημα μπορεί να παράγει περισσότερη αξιοποιήσιμη ενέργεια από την ίδια ποσότητα ηλιακού φωτός, ξεπερνώντας έναν από τους βασικούς περιορισμούς των σημερινών φωτοβολταϊκών πάνελ.

Η τεχνολογία που «διπλασιάζει» την ενέργεια

Η καινοτομία βασίζεται σε μια διαδικασία που είναι γνωστή ως «singlet fission». Μέσω αυτού του μηχανισμού, ένα μόνο φωτόνιο υψηλής ενέργειας μπορεί να δημιουργήσει δύο ηλεκτρονικές διεγέρσεις -τα λεγόμενα εξιτόνια- αντί για μία.

Στα συμβατικά ηλιακά πάνελ, κάθε φωτόνιο παράγει συνήθως ένα μόνο εξιτόνιο. Η νέα προσέγγιση, ωστόσο, επιτρέπει τη δημιουργία διπλάσιας ενεργειακής απόκρισης, αυξάνοντας σημαντικά την αξιοποίηση του φωτός.

Αν και η θεωρία της singlet fission ήταν γνωστή εδώ και χρόνια, οι επιστήμονες δυσκολεύονταν να αξιοποιήσουν πρακτικά το φαινόμενο, καθώς τα επιπλέον εξιτόνια χάνονταν σχεδόν αμέσως πριν μπορέσουν να μετατραπούν σε χρήσιμη ενέργεια.

Το υλικό που αλλάζει τα δεδομένα

Για να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ειδικό υλικό με βάση το μολυβδαίνιο (μεταλλικό ιχνοστοιχείο), το οποίο μπορεί να «παγιδεύει» και να διατηρεί τις ηλεκτρονικές διεγέρσεις για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

Παράλληλα, το νέο σύστημα περιορίζει ένα φυσικό φαινόμενο γνωστό ως μεταφορά ενέργειας συντονισμού Förster, το οποίο μέχρι σήμερα οδηγούσε σε σημαντικές απώλειες ενέργειας.

Χάρη σε αυτή την τεχνική, οι επιστήμονες κατάφεραν να αυξήσουν αισθητά την ενεργειακή απόδοση των δοκιμών τους.

Απόδοση άνω του 100% στο εργαστήριο

Στα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν με υλικά όπως το τετρακένιο (αρωματικός υδρογονάνθρακας, που έχει την εμφάνιση πορτοκαλί σκόνης) σε υγρό διάλυμα, η ομάδα κατέγραψε κβαντική απόδοση μεταξύ 110% και 130%.

Με απλά λόγια, το σύστημα κατάφερε να παράγει περισσότερους φορείς ενέργειας από όσους θεωρητικά θα παρήγαγε ένα συμβατικό φωτοβολταϊκό σύστημα από την ίδια ποσότητα φωτός.

Οι ερευνητές διευκρινίζουν, πάντως, ότι η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο και δεν είναι έτοιμη για εμπορική αξιοποίηση.

Μέχρι στιγμής οι δοκιμές έχουν πραγματοποιηθεί μόνο σε υγρά διαλύματα και όχι σε στερεές επιφάνειες όπως αυτές που χρησιμοποιούνται στα ηλιακά πάνελ. Το επόμενο βήμα θα είναι η προσαρμογή της τεχνολογίας σε πραγματικές φωτοβολταϊκές συσκευές, ώστε να αξιολογηθεί η απόδοσή της σε συνθήκες καθημερινής χρήσης.

Αν η τεχνολογία εξελιχθεί επιτυχώς, θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για πιο αποδοτικά και οικονομικά συστήματα ηλιακής ενέργειας τα επόμενα χρόνια.