Tým z Colorado State University navrhl na základě prvotního pokusu, výrobu tenkovrstvých solárních článků z přirozeně se vyskytujícího disulfidu molybdenu. Provedl řadu experimentů, aby ukázal, že extrémně tenké filmy sulfidu molybdeničitého mají bezprecedentní vlastnosti nosiče náboje.
Většina solárních panelů se vyrobí z křemíku, dobře testovaného polovodičového materiálu, který není bez omezení. Například křemík ztrácí až 40 % energie, kterou shromažďuje ze slunečního záření ve formě tepelného odpadu. Výzkumníci z Colorado State University studují radikální nové způsoby, jak zlepšit solární energii a poskytnout více možností pro budoucnost.
Chemici z Colorado State University navrhují vyrobit solární články s využitím hojně dostupného přírodního materiálu zvaného disulfid molybdenu. Pomocí kombinace fotoelektrochemických a spektroskopických technik vědci provedli řadu experimentů. Ty ukázaly, že extrémně tenké filmy sulfidu molybdeničitého vykazují bezprecedentní vlastnosti nosiče náboje. A ty by jednoho dne mohly drasticky zlepšit solární technologie.
Experimenty prvotního pokusu vedl Ph.D. studentka Rachelle Austin a postdoktorandský výzkumník Yusef Farah. Austin pracuje společně v laboratořích Justina Sambura, docenta na katedře chemie, a docentky Amber Krummel na stejném oddělení. Farah je bývalý Ph.D. student v Krummelově laboratoři. Jejich práce se publikovala v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
Samburova laboratoř se začala zajímat o sirník molybdeničný jako možný alternativní solární materiál na základě předběžných údajů o jeho schopnostech absorpce světla, i když jsou pouze tři atomy tlusté, vysvětlil Austin.
Struktury různých materiálů
Spolupráce využila odborných znalostí společnosti Sambur v oblasti přeměny sluneční energie pomocí materiálů v nanoměřítku a odborných znalostí společnosti Krummel v ultrarychlé laserové spektroskopii. Což jim pomohlo pochopit, jak se různé materiály strukturují a jak se chovají.
Krummelova laboratoř obsahuje nejmodernější ultrarychlý přechodový absorpční spektrometr pumpa-sonda. Ten dokáže velmi přesně měřit sekvenční energetické stavy jednotlivých elektronů při jejich excitaci laserovým pulzem. Experimenty využívající tento spektrometr mohou poskytnout snímky toho, jak náboje proudí v systému.
Austinová vytvořila fotoelektrochemický článek využívající jedinou atomovou vrstvu sulfidu molybdeničitého a ona a Farah použili laser pumpa-sonda ke sledování ochlazování elektronů, když se pohybovaly materiálem. To, co našli, byla neuvěřitelně účinná přeměna světla na energii. Ještě důležitější je, že experimenty laserové spektroskopie jim umožnily ukázat, proč byla tato účinná konverze možná.
Sulfid molybdeničitý
Dozvěděli se, že materiál dokáže tak dobře přeměnit světlo na energii, protože jeho krystalová struktura mu umožňuje extrahovat a využívat energii takzvaných horkých nosičů. Což jsou vysoce energetické elektrony, které jsou krátce excitovány ze svých základních stavů, když jsou zasaženy dostatečným množstvím energie. Vědci zjistili, že v jejich fotoelektrochemickém článku se energie z těchto horkých nosičů okamžitě přemění na fotoproud, na rozdíl od ztráty tepla. Což jí dalo výhodu oproti běžným křemíkovým solárním článkům.
,,Tato práce připravuje cestu k tomu, abychom věděli, jak navrhnout reaktory, které obsahují tyto nanomateriály pro účinnou a rozsáhlou výrobu vodíku,“ řekl Sambur.
Projekt prvotního pokusu vznikl ve spolupráci s profesorem Andrésem Montoyou-Castillo a Dr. Thomasem Sayerem z University of Colorado Boulder. Ti přispěli teoretickou chemií a výpočtovým modelováním k vysvětlení a ověření experimentálních dat.
„Objev vyžadoval přístup ‚týmové vědy‘, který spojil mnoho různých typů odborných znalostí v oblasti výpočetní, analytické a fyzikální chemie,“ řekl Krummel.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
