Yeni ışık toplama sistemi, güneş pilleri için %38 daha fazla verimlilik sunuyor.

Almanya'nın Würzburg kentindeki Julius-Maximilians-Universität (JMU) araştırmacıları, görünür ışık spektrumunun tamamını emerek güneş enerjisini daha verimli kullanabilen yeni bir ışık toplama sistemi tasarladılar. Bir araştırma ortamında test edilen sistem, gelen ışığın yüzde 38'ini floresana dönüştürerek günümüzdeki diğer sistemlere kıyasla önemli bir sıçrama gerçekleştirdi.

Güneş enerjisi gibi teknolojiler fosil yakıtlardan uzaklaşma çabamızda kritik önem taşıyor. Güneş enerjisi, kurulumlar açısından küresel kazanımlar elde ediyor olsa da, teknolojinin enerji verimliliği açısından iyileştirilmesi gereken pek çok yönü var.

Bunların çoğu güneş pili yapımında kullanılan malzemeye odaklanırken, JMU'daki araştırmacılar soruna farklı bir açıdan, güneş pillerindeki ışık toplama sisteminden baktılar.

‍
Piyasada mevcut güneş pillerinde kullanılan ışık toplama sistemleri çok verimli değildir.

Silikon gibi inorganik yarı iletken malzemelerden yapılırlar ve pankromatik olmalarına ve görünür ışığın tüm spektrumunu emebilmelerine rağmen emicilikleri çok düşüktür.

Bu nedenle güneş pilleri daha fazla ışık emebilmek için kalın silikon katmanlara ihtiyaç duyuyor ve bu da onları ağırlaştırıyor.

Araştırmacılar, fotosentez için geniş bir ışık spektrumunu kullanabilen bitkiler ve bakteriler gibi doğal olarak oluşan sistemlerden ilham aldılar.

Bu, çok daha ince ve hafif olan organik boyalar kullanılarak elde edilir. Organik boyalar tek başlarına kullanıldıklarında geniş bir spektral aralıkta ışığı absorbe etmezler.

Araştırmacılar daha sonra yüksek verimli yeni bir ışık hasat sistemi geliştirmek için doğal olarak oluşan sistemlerdeki karmaşık boya düzenini kopyalamaya çalıştı.

JMU araştırmacıları dört farklı merosiyanin boyası kullanarak ışık hasat eden bir anten tasarladı. Bu boyalar sofistike bir şekilde katlanıp birbiri üzerine istiflenerek ultra hızlı ve verimli enerji taşınmasına olanak sağladı.

Prototip ışık hasat sistemi, dört boya bileşeninin emebildiği dalga boylarından sonra URPB olarak adlandırıldı - ultraviyole için U, kırmızı için R, mor için P ve mavi için B.

Basın açıklamasında, ışık toplama sisteminin ne kadar iyi performans gösterdiğini belirlemek için araştırmacıların floresan kuantum verimini - sistemin floresan şeklinde yaydığı enerji miktarını - ölçtükleri belirtildi.

Ekip, özel düzenlemelerinde, dört boyanın üzerlerine gelen ışığın yüzde 38'inden floresan ürettiğini buldu. Buna karşılık, tek tek yerleştirildiklerinde, her bir boya ışığın yalnızca yüzde üçünden fazlasını floresana dönüştürebiliyordu ve bu da boyaların uzamsal düzenlemesinin yarattığı önemli farkı ortaya koyuyordu.

"Sistemimiz inorganik yarı iletkenlerinkine benzer bir bant yapısına sahip. Bu da tüm görünür aralıkta pankromatik olarak emilim yaptığı anlamına geliyor," diyor JMU'da kimya profesörü olan Frank Würthner. "Ve organik boyaların yüksek soğurma katsayılarını kullanıyor. Bu, doğal ışık hasat sistemlerine benzer şekilde, nispeten ince bir katmanda çok fazla ışık enerjisi emebileceği anlamına geliyor."

‍