Fizičari sa Univerziteta Paderborn koristili su složene kompjuterske simulacije kako bi razvili novi dizajn za znatno efikasnije solarne ćelije nego što su bile ranije dostupne. Tanak sloj organskog materijala, poznat kao tetracen, odgovoran je za povećanje efikasnosti.
„Godišnja energija sunčevog zračenja na Zemlji iznosi preko triliona kilovat sati i time premašuje globalnu potražnju za energijom za više od 5.000 puta. snabdevanje čistom i obnovljivom energijom. Silicijumske solarne ćelije koje se koriste u ove svrhe trenutno dominiraju tržištem, ali imaju granice efikasnosti“, objašnjava prof. dr Volf Gero Šmit, fizičar i dekan Fakulteta prirodnih nauka Univerziteta Paderborn. Jedan od razloga za to je taj što se deo energije iz kratkotalasnog zračenja ne pretvara u električnu energiju, već u neželjenu toplotu.
Šmit objašnjava: „Da bi se povećala efikasnost, silicijumska solarna ćelija može biti opremljena organskim slojem, na primer napravljenim od poluprovodničkog tetracena. Kratkotalasna svetlost se apsorbuje u ovom sloju i pretvara u visokoenergetske elektronske pobude, tako da -zvani ekscitoni. Ovi ekscitoni se raspadaju u tetracenu na dve niskoenergetske pobude. Ako se ove pobude mogu uspešno preneti na silicijumsku solarnu ćeliju, mogu se efikasno pretvoriti u električnu energiju i povećati ukupan prinos upotrebljive energije.“
Odlučan napredak za brzi prenos energije
Prenos ekscitacije tetracena u silicijum istražuje Šmitov tim koristeći složene kompjuterske simulacije u Paderborn centru za paralelno računarstvo (PC2), univerzitetskom računarskom centru visokih performansi. Sada je postignut odlučujući proboj: u zajedničkoj studiji sa dr Marvinom Krenzom i prof. dr Uveom Gerstmanom, obojica sa Univerziteta Paderborn, naučnici su pokazali da su posebni defekti u obliku nezasićenih hemijskih veza na interfejsu između tetracena film i solarna ćelija dramatično ubrzavaju prenos eksitona.
Šmit primećuje: „Ovakvi defekti se javljaju tokom desorpcije vodonika i uzrokuju stanja elektronskog interfejsa sa fluktuirajućom energijom. Ove fluktuacije transportuju elektronsku pobudu iz tetracena u silicijum poput podizanja.“
Takvi „defekti“ u solarnim ćelijama su zapravo povezani sa gubicima energije. Ovo čini rezultate trojke fizičara još zapanjujućim.
„U slučaju silicijum tetracenskog interfejsa, defekti su od suštinskog značaja za brzi prenos energije. Rezultati naših kompjuterskih simulacija su zaista iznenađujući. Oni takođe pružaju precizne indikacije za dizajn novog tipa solarne ćelije sa značajno povećanom efikasnošću, a ujedno su i precizne naznake. “, navodi Šmit.
