QAZAQ GREEN. Күн батареялары барған сайын танымал бола бастады, бірақ энергия қорларын толықтыруда күтім мен жағдайларды талап етеді. Дегенмен, ғалымдар оларға кез келген бетке оңай қабаттасуға қабілетті бірегей балама жасады.

Канзас университетінің зерттеушілері органикалық жартылай өткізгіштер саласында айтарлықтай жетістіктерге жетті, бұл тиімдірек және жан-жақты күн батареяларын жасауға жол ашуы мүмкін. Тарихи тұрғыдан кремний күн энергиясында қолданылатын негізгі материал болды. Оның жоғары тиімділігі мен беріктігі оны фотоэлектрлік панельдер үшін таңдаулы етеді. Дегенмен, кремний негізіндегі күн элементтерін өндірудің қаттылығы мен жоғары құны олардың қолданылуын шектейді, әсіресе бүгілген беттерде, деп жазады Фокус Interesting Engineering сілтемесімен.

Қолда бар құралдардан айырмашылығы, көміртегі негізіндегі материалдар болып табылатын органикалық жартылай өткізгіштер икемді және үнемді балама ұсынады. Канзас университетінің физика және астрономия кафедрасының доценті және Advanced Materials журналында жарияланған зерттеудің авторы Вай-Лун Чан: «Олар күн батареяларын өндіру құнын төмендетуі мүмкін, өйткені бұл материалдарды ерікті беттерге ерітінділер арқылы қолдануға болады — біз қабырғаларды бояймыз», — деп түсіндіреді. Бұған қоса, органикалық жартылай өткізгіштерді белгілі бір толқын ұзындығындағы жарықты сіңіру үшін реттеуге болады, бұл олардың қолданысын кеңейтеді. «Бұл сипаттамалар органикалық күн панельдерін әсіресе жасыл және тұрақты жаңа буын ғимараттарында қолдануға ыңғайлы етеді, — деп атап өтті Чан. — Бұл архитектуралық дизайнға біркелкі сәйкес келетін мөлдір және түрлі-түсті күн панельдерін жасауға мүмкіндік береді».

Осы артықшылықтарға қарамастан, органикалық күн батареялары дәстүрлі түрде кремний аналогтарынан тиімділіктен артта қалады: кремний панельдері органикалық элементтердің 12% тиімділігімен салыстырғанда күн сәулесінің 25% дейін электр энергиясына айналады. Соңғы жетістіктер органикалық жартылай өткізгіштерге деген қызығушылықты жандандырды. Фуллеренді емес акцепторлар (NFAs) деп аталатын материалдардың жаңа сыныбы органикалық күн батареяларының тиімділігін 20%-ға жақындатып, кремниймен алшақтығын азайтты.

Канзас зерттеу тобы NFAs басқа органикалық жартылай өткізгіштерден неге асып түсетінін түсінуге тырысты. Зерттеу барысында олар таңқаларлық құбылысты тапты: белгілі бір жағдайларда NFAs-та қозған электрондар энергияны жоғалтудың орнына қоршаған ортадан ала алады. Аспирант Кушал Риджал қозған электрондардың энергиясын секундтың триллионнан бір бөлігіне дейін бақылауға мүмкіндік беретін екі фотонды фотоэмиссиялық спектроскопияны қолданатын тәжірибелерді басқарды.

Зерттеушілер энергияның мұндай өсуі кванттық механика мен термодинамиканың үйлесімінің нәтижесі деп санайды. Кванттық деңгейде қозған электрондар бір уақытта бірнеше молекулада болуы мүмкін. Бұл термодинамиканың екінші заңымен бірге жылу ағынының әдеттегі бағытын өзгертеді. «Белгілі бір наноөлшемді құрылымда орналасқан органикалық молекулалар үшін жылу ағынының типтік бағыты керісінше өзгеріп, жалпы энтропияның жоғарылауына әкеледі», — деп түсіндірді Риджал.

Бұл кері жылу ағыны бейтарап экситондарға қоршаған ортадан жылу алуға, оң және теріс зарядтарға диссоциациялануға және электр тогын шығаруға мүмкіндік береді». Күн панельдерінен басқа, топ олардың нәтижелері көмірқышқыл газын органикалық отынға айналдыруға арналған фотокатализаторлар сияқты жаңартылатын энергияның басқа технологияларын жақсарта алады деп болжайды. «Энтропия физика мен химиядағы белгілі тұжырымдама болса да, ол энергияны түрлендіру құрылғыларының жұмысын жақсарту үшін сирек белсенді қолданылды», — деп атап өтті Риджал.