Singlettieksitonifissio tehostamaan aurinkokennojen latausta11.06.2026
Nature Photonics -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Osakan yliopiston ja yhteistyökumppaneiden tutkijat tunnistivat uuden mekanismin, joka voisi auttaa tekemään sen. Tutkimus osoittaa, kuinka erityisesti suunniteltuja molekyylien ja kvanttipisteiden yhdistelmiä voidaan käyttää aurinkokennojen tehokkuuden dramaattiseen lisäämiseen nykyisiä tunnettuja rajoja korkeammalle. Singlettieksitonifissio on fotofysikaalinen ilmiö, jossa yksi valonhiukkanen luo kaksi viritysenergiatilaa yhden sijaan. Teoriassa tämä mahdollistaa aurinkokennojen tuottaa enemmän sähköä samasta auringonvalosta. Tehokkaimmat fotofysikaaliset prosessit vaativat kuitenkin ylimääräistä energiaa, ja ne ovat yleensä tehottomia ja vaikeasti hallittavia. ”Olemme kiinnostuneita tavoista parantaa singlet-fissioiden elinkelpoisuutta”, sanoo vanhempi tutkija Masanori Sakamoto. ”Ideamme on hyödyntää molekyylien ja kvanttipisteiden välisiä vuorovaikutuksia luodaksemme välitilan, joka auttaa prosessia etenemään sujuvasti.” Kvanttipisteet ovat nanomittakaavan puolijohteita, joilla on ainutlaatuisia optisia ja elektronisia ominaisuuksia, joita voidaan virittää erilaisiin sovelluksiin. Käyttämällä ultranopeita lasermittauksia ja teoreettisia laskelmia tutkijat havaitsivat, että tetraseenimolekyylit ja kvanttipisteet muodostivat rajapinnalleen erityisiä hybridisoituneita elektronisia tiloja. ”Hybridisoituneet tilat auttavat energiaa liikkumaan tehokkaammin systeemissä”, selittää tutkimuksen pääkirjoittaja Jie Zhang. ”Sen sijaan, että energiaa menetetään vaikean endotermisen prosessin aikana, systeemi käyttää välitilaa jakaakseen yhden viritystilan kahteen huomattavan tehokkaasti.” Tutkijat havaitsivat, että erityisesti kadmiumtelluridiset kvanttipisteet tuottivat erityisen voimakkaita vaikutuksia, joiden hyötysuhteet olivat lähellä teoreettista maksimia. Heidän tuloksensa paljastivat myös, että parannus johtui paitsi molekyylien järjestyksestä myös molekyylien ja itse kvanttipisteiden välisistä elektronisista vuorovaikutuksista. ”Tämä mekanismi avaa monia uusia ja jännittäviä strategioita aurinkoenergian talteenottoon”, Sakamoto huomauttaa. ”Yksittäisen eksitonin fissio voisi ohjata tulevaisuuden tehokkaiden valoenergiaa muuntavien materiaalien, erityisesti aurinkopaneelien, suunnittelua.” Tulevassa tutkimuksessa selvitetään, voidaanko samaa strategiaa soveltaa muihin molekyyli-kvanttipiste-yhdistelmiin, mikä voi johtaa laajempaan valikoimaan erittäin tehokkaita materiaaleja. Tiimin tekemän työn ansiosta aurinkoteknologian tulevaisuus näyttää todella valoisalta. Aiheesta aiemmin: Unelmateknologia valon muuttamiseen sähköksi "Kaksi yhteen" fissio parantaisi aurinkokennojen tehokkuutta |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Aurinkopaneelit ovat tehostuneet vuosien varrella, mutta jopa parhaat mallit menettävät silti suuren osan absorboimastaan energiasta. Tutkijat ympäri maailmaa ovat etsineet tapoja ottaa talteen enemmän energiaa jokaisesta auringonvalon säteestä ja vapauttaa aurinkoteknologian todellinen potentiaali.