Unelmateknologia valon muuttamiseen sähköksi10.04.2026
Kehitetty teknologia nostaa energianmuuntamisen hyötysuhteen noin 130 prosenttiin, ylittäen 100 prosentin rajan ja avaten uusia mahdollisuuksia tehokkaammille aurinkokennoille. Nykyiset aurinkokennojen ratkaisut voivat käyttää vain noin kolmanneksen auringonvalosta. Tämä katto, joka tunnetaan Shockley-Queisserin rajana, on pitkään haastanut tiedemiehiä. ”Meillä on kaksi päästrategiaa tämän rajan rikkomiseksi”, sanoo Kyushun apulaisprofessori Yoichi Sasaki. ”Yksi on muuntaa matalaenergiset infrapunafotonit korkeaenergisiksi näkyviksi fotoneiksi. Toinen, jota tässä tutkimme, on käyttää singlettifissiota kahden eksitonin tuottamiseen yhdestä eksitonifotonista.” Normaalisti yksi fotoni voi tuottaa korkeintaan yhden spin-singlettieksitonin elektronisen virityksen jälkeen. SF6 voi jakaa tämän korkeaenergisen singlettieksitonin kahdeksi matalaenergiseksi spin-triplettieksitoniksi, teoriassa kaksinkertaistaen energian. Vaikka jotkut orgaaniset puolijohteet, kuten tetraseeni, osoittavat tällaista prosessia, SF6:n synnyttämien eksitonien talteenotto on edelleen haastavaa. ”Energia voidaan helposti ’varastaa’ Förster-resonanssienergiansiirtomekanismilla (FRET) ennen monistumisen tapahtumista”, Sasaki selittää. ”Tarvitsimme siksi energian vastaanottajan, joka selektiivisesti vangitsee moninkertaistuneet triplettieksitonit fissioiden jälkeen.” Tutkimusryhmä kääntyi metallikompleksien puoleen ja havaitsi, että molybdeenipohjainen "spin-flip"-emitteri toimii ihanteellisena kerääjänä. Tällaisissa molekyyleissä elektroni kääntää spiniään lähi-infrapunavalon absorboinnin tai emission aikana, jolloin järjestelmä voi vastaanottaa SF6:ssa tuotetun triplettienergian. Säätämällä energiatasoja huolellisesti tutkijat estivät turhaa FRET-prosessia, jolloin SF6:n moninkertaistuneet eksitonit voitiin erottaa selektiivisesti. Yhdistämällä tämän kompleksin tetraseenipohjaisiin materiaaleihin liuoksessa, tutkimusryhmä onnistui keräämään energiaa ja saavutti noin 130 %:n kvanttisaannon, mikä tarkoittaa, että noin 1,3 molybdeenipohjaista metallikompleksia virittyi absorboitunutta fotonia kohden. Tämä ylittää tavanomaisen 100 %:n rajan, mikä osoittaa, että järjestelmä tuotti ja keräsi enemmän energiankuljettajia kuin vastaanotti fotoneja. Tämä työ luo uuden suunnittelustrategian eksitonien vahvistamiseksi, vaikka kyseessä on vielä konseptin toimivuuden todistamisvaihe. Tulevaisuudessa he aikovat yhdistää nämä kaksi materiaalityyppiä kiinteässä tilassa tavoitteena tehokas energiansiirto ja lopulta integrointi toimiviin aurinkokennoihin. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Kyushun yliopiston johtama tutkimusryhmä yhteistyössä Mainzin Johannes Gutenbergin yliopiston (JGU) kanssa käytti molybdeenipohjaista metallikompleksia, jota kutsutaan "spin-flip" -emitteriksi, kerätäkseen moninkertaistettua energiaa singlettifissiosta (SF) – "unelmateknologiasta" valon muuntamisessa.