Po sześciu latach prac nad pojazdem elektrycznym zasilanym energią słoneczną holenderskiego startupu technologicznego, nazwany „0”, jest gotowy do debiutu. Ten innowacyjny pojazd może pracować nawet kilka miesięcy bez konieczności ładowania, ustanawiając nowy standard wydajności w transporcie elektrycznym. 

Naukowcy z Uniwersytetu Lehigh opracowali nowy materiał kwantowy które mogłyby znacząco zrewolucjonizować wydajność paneli słonecznych. Ten innowacyjny materiał, będący połączeniem miedzi, selenku germanu (GeSe) i siarczku cyny (SnS), wykazał zewnętrzną wydajność kwantową (EQE) sięgającą 190%. Liczba ta przekracza konwencjonalne limity wydajności, co sugeruje przełom, który może zmienić sposób pozyskiwania energii słonecznej.

Zrozumienie przełomu w wydajności

Ogniwa słoneczne przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną, a ich skuteczność mierzona jest na podstawie współczynnika EQE, który tradycyjnie osiąga maksimum na poziomie 100%. Ta 100% wydajność oznacza, że ​​każdy foton światła generuje jeden elektron energii elektrycznej. Jednak nowy materiał opracowany w Lehigh wykorzystuje mechanizm znany jako generowanie wielu ekscytonów (MEG), w którym fotony o wysokiej energii mogą wytworzyć więcej niż jeden elektron, zwiększając w ten sposób wydajność poza barierę 100%.

Tym, co wyróżnia ten materiał, jest wykorzystanie „pośrednich stanów pasm” – określonych poziomów energii w materiale, które zwiększają jego zdolność do przekształcania energii słonecznej. Te poziomy energii idealnie nadają się do wykorzystania fotonów, które marnowałyby konwencjonalne ogniwa słoneczne. Materiał wykorzystuje szerszy zakres widma słonecznego, pochłaniając dodatkowe światło w widmie podczerwonym i widzialnym, zwiększając w ten sposób wytwarzanie energii elektrycznej.

Nauka stojąca za innowacją

 
Schemat cienkowarstwowego ogniwa słonecznego z CuxGeSe/SnS jako warstwą aktywną. Źródło: Ekuma Lab / Uniwersytet Lehigh

Imponująca wydajność materiału opiera się na precyzyjnej manipulacji strukturalnej na poziomie molekularnym. Wstawiając atomy miedzi do warstw GeSe i SnS, badacze stworzyli ściśle związaną, dwuwymiarową strukturę, która umożliwia unikalne interakcje fotonów z materiałem. Te interakcje zachodzą w szczelinach van der Waalsa – maleńkich przestrzeniach pomiędzy warstwami materiału, w których znajdują się atomy miedzi.

Dzięki szeroko zakrojonym symulacjom komputerowym i metodom eksperymentalnym zespół udoskonalił technikę umożliwiającą dokładne rozmieszczenie atomów miedzi, minimalizując niepożądane efekty, takie jak skupienia, które mogłyby zagrozić działaniu materiału.

Patrząc w przyszłość: wyzwania i możliwości

Opracowanie przez naukowców z Uniwersytetu Lehigh nowego materiału kwantowego o wydajności kwantowej sięgającej 190% mogłoby znacząco przyspieszyć rozwój transportu zasilanego energią słoneczną, w tym samochodów osobowych, ciężarówek i autobusów.

Ten przełomowy materiał, zdolny do skutecznego wychwytywania szerokiego spektrum światła słonecznego, rozwiązuje obecne ograniczenia pojazdów napędzanych energią słoneczną, zapewniając wystarczającą ilość energii do cięższych i długodystansowych podróży bez konieczności korzystania z paliw kopalnych.

Włączenie tych wysokowydajnych ogniw słonecznych do konstrukcji pojazdów oferuje możliwość radykalnego ograniczenia emisji dwutlenku węgla, szczególnie w pojazdach o dużym obciążeniu, takich jak autobusy i ciężarówki, gdzie koszty paliwa i wpływ na środowisko mają istotne znaczenie.

W miarę dalszego udoskonalania tych zaawansowanych ogniw słonecznych pod kątem ich praktycznego zastosowania, mogą one zmienić dynamikę gospodarczą i środowiskową na całym świecie. Zmniejszenie kosztów eksploatacji pojazdów i emisji gazów cieplarnianych może prowadzić do znacznych oszczędności finansowych i poprawy zdrowia publicznego dzięki czystszemu powietrzu.

Co więcej, przejście na pojazdy napędzane energią słoneczną zmniejszyłoby globalną zależność od ropy naftowej, zwiększyłoby stabilność geopolityczną i sprzyjałoby tworzeniu miejsc pracy w sektorach energii odnawialnej. Ta zmiana stanowi kluczowy krok w kierunku zrównoważonego transportu globalnego, zgodny z szerszymi celami środowiskowymi i torujący drogę dla czystszej, bardziej zrównoważonej przyszłości.

Choć wyniki są obiecujące, przed komercjalizacją tego materiału jeszcze daleka droga. Integracja tego nowego materiału kwantowego z istniejącymi systemami energii słonecznej wymaga dalszych badań i rozwoju. Chociaż proces produkcyjny jest zaawansowany, należy go zwiększyć, aby można go było zastosować w praktyce w branży energii słonecznej.

Potencjalne korzyści tej technologii są ogromne. Znacząco zwiększając wydajność ogniw słonecznych, możemy poczynić postępy w kierunku bardziej zrównoważonych rozwiązań energetycznych, zmniejszając naszą zależność od paliw kopalnych i zmniejszając wpływ produkcji energii na środowisko.

Praca profesora Chinedu Ekumy i jego zespołu na Uniwersytecie Lehigh stanowi znaczący krok naprzód w dziedzinie fotowoltaiki. Ich rozwój kwestionuje istniejące ograniczenia i otwiera nowe możliwości dla przyszłości energii odnawialnej. W miarę postępu tej technologii może ona doprowadzić do powstania bardziej przystępnych cenowo i wydajnych systemów energii słonecznej, dzięki czemu energia słoneczna stanie się bardziej dostępna na całym świecie i pomoże zaspokoić globalne zapotrzebowanie na energię.

O autorze

Robert Jennings jest współwydawcą InnerSelf.com wraz z żoną Marie T Russell. Uczęszczał na University of Florida, Southern Technical Institute i University of Central Florida, gdzie studiował nieruchomości, rozwój miast, finanse, inżynierię architektoniczną i edukację podstawową. Był członkiem Korpusu Piechoty Morskiej Stanów Zjednoczonych i Armii Stanów Zjednoczonych, dowodząc baterią artylerii polowej w Niemczech. Przez 25 lat pracował w finansach, budownictwie i rozwoju nieruchomości, zanim założył InnerSelf.com w 1996 roku.

InnerSelf jest zaangażowany w dzielenie się informacjami, które pozwalają ludziom dokonywać świadomych i wnikliwych wyborów w życiu osobistym, dla dobra wspólnego i dla dobra planety. Magazyn InnerSelf ma ponad 30 lat publikacji w formie drukowanej (1984-1995) lub online jako InnerSelf.com. Wspieraj naszą pracę.

 Creative Commons 4.0

Ten artykuł jest objęty licencją Creative Commons Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 4.0. Atrybut autora Robert Jennings, InnerSelf.com. Link do artykułu Artykuł pierwotnie pojawił się na InnerSelf.com