Nanoteadus muudab järgmise põlvkonna päikeseelemendid palju tõhusamaks

Päikeseenergia kasutamine on maailmas kõige kiiremini kasvav energiatehnoloogia ja sellele kuulub kasvav osa maailma energiatööstusest.

Hetkel valmistatakse enamik kaubanduslikke fotoelemente erinevatest pooljuhtmaterjalidest. Viimase paari aasta jooksul on teadlased aga uurinud, kuidas pooljuht-nanostruktuurid suudaks päikeseelementide efektiivsust tõsta ning tervet sellega seostuvat tööstust uuendada, vahendab PhysOrgi põhjal meile Fyysika.ee.

Kui palju nanoteadus reaalselt päikeseelemente parandada suudaks? Selle suhtes on olnud palju vastakaid arvamusi, kuid hiljutine uurimustöö, mida juhtis Arthur Nozik Riiklikust Taastuvenergia Laboratooriumist (National Renewable Energy Laboratory) , näitab, et pooljuhtnanostruktuuridel on päikeseenergia muundamisel elektrienergiaks kõvasti potentsiaali.

Noziku ülevaade, mis ilmus teadusajakirja Nano Letters uusimas väljaandes, võtab kokku erinevate kasutatavate fotoelementide nanotehnoloogia abil parandamise viisid. Tema sõnul tulenevad pooljuht-nanostruktuuride eelised negatiivse laenguga elektronide ja positiivse laenguga "aukude" kvantvangistusest nanokristallide väga väikestesse ruumipunktidesse.

Kvantvangistus võib esineda ühe-, kahe- või kolmemõõtmeliselt. Kui see esineb kolmemõõtmeliselt, kutsutakse vastavaid pooljuhte kvanttäppideks. Kõigil juhtudel annab kvantvangistus kvantiseerivaid efekte, mis sünnitab unikaalseid optilisi ja elektrilisi omadusi.

"Kvanttäppide kasutamisel päikesepatareides ja fotoelementides on kaks teoreetilist eelist: suurem efektiivsus ja väiksemad kulud," kirjutas Nozik. "Termodünaamilistel arvutustel põhineva teoreetilise tõenäosuse kohaselt võiks praeguste päikeseelementide efektiivsus kasvada isegi 50-100%. Lisaks vähendaks kvanttäppide kasutamine fotoelementide valmistamise kulusid.

Praegused ränipõhised elemendid on kallid (ligi kolm korda kallim tavalisest elektrienergiast), kuid kvanttäpid põhinevad odavamal madalatemperatuurilisel lahendusel, kus need saadakse keemiliselt ning nende abil on võimalik saada ka suuremat muundamisefektiivsust. Enne kvanttäppide kasutamist tööstuses on muidugi teha veel tükk tööd.

Eesmärk on valmistada süsteeme, mille efektiivsus on lähedane teoreetiliselt saadud maksimumile. Teoreetiline efektiivsus on umbes 45%, laboris saadud kvanttäpp-päikeseelementide efektiivsus aga 3-5%. See on suur erinevus, seega tuleb meil teada saada, mis seda efektiivsust piirab."