Nekonečná energie? Tajemství se skrývá v supermřížce

[karelkilian]

Dobrý den,

máme tu pátek, a to znamená, že přicházím s článkem ke čtení, zamyšlení a případné diskuzi. Dnes se podíváme na zajímavou inovaci v segmentu solárních článků.

Přeji hezký den.
Karel Kilián

Nekonečná energie? Tajemství se skrývá v supermřížce

Server Interesting Engineering přinesl článek Nová inovace solárních článků poskytuje tisíckrát vyšší výkon. Hned v úvodu se ptá: „Nekonečná energie? Možná to bude možné se solárními panely vyrobenými z feroelektrických krystalů místo křemíku.“

Podle prohlášení Univerzity Martina Luthera v německém Halle-Wittenbergu (MLU) lze díky této inovaci, spočívající v uspořádání tenkých vrstev těchto materiálů, zvýšit produkci energie feroelektrických krystalů v solárních článcích až tisíckrát.

Vrstva tří krystalů produkuje tisíckrát více energie

Vědci zjistili, že pokud jsou tři různé materiály (konkrétně titaničitan barnatý - BaTiO3, titaničitan strontnatý SrTiO3 a titaničitan vápenatý CaTiO3) uspořádány periodicky v takzvané „supermřížce“, může to zvýšit fotovoltaickou účinnost feroelektrických krystalů až tisíckrát. Výsledky výzkumu byly publikovány v odborném časopise Science Advances.

Většina dnes používaných solárních článků je založena na křemíku. Důvodem je jeho nízká cena a relativně dobrá účinnost, nicméně jejich účinnost je bohužel omezená a zatím nic nenasvědčuje tomu, že by ji bylo možné nějak zásadněji zvýšit. To přimělo vědce ke zkoumání nových materiálů - například feroelektrik, jako je titaničitan barnatý, což je směsný oxid barya a titanu.

„Feroelektrický materiál znamená, že má prostorově oddělené kladné a záporné náboje,“ vysvětluje fyzik Akash Bhatnagar z Centra pro inovace. „Oddělení nábojů vede k asymetrické struktuře, která umožňuje generovat elektřinu ze světla.“

Na rozdíl od křemíku nevyžadují feroelektrické krystaly k vytvoření fotovoltaického efektu tzv. PN přechod, tedy rozhraní mezi polovodičem typu P a polovodičem typu N, kde přechod propouští elektrický proud pouze jedním směrem. Díky tomu může být výroba feroelektrických solárních panelů mnohem jednodušší.

Zvládnuté výzvy

Čistý titaničitan barnatý však neabsorbuje dostatek slunečního světla, proto generuje jen malé množství elektřiny. Nejnovější výzkum ukázal, že kombinace extrémně tenkých vrstev různých materiálů výrazně zvyšuje výtěžnost solární energie.

„Důležité je, že se zde střídá feroelektrický materiál s paraelektrickým. Ten sice nemá oddělené náboje, ale za určitých podmínek, například při nízkých teplotách nebo při mírné změně jeho chemické struktury, se může stát feroelektrickým,“ vysvětluje Bhatnagar.

Skupina vědců zjistila, že fotovoltaický efekt se výrazně zvýší, pokud se feroelektrická vrstva střídá ne pouze s jednou, ale se dvěma různými paraelektrickými vrstvami. Doktorandka Yeseul Yun vysvětluje: „Vložili jsme titaničitan barnatý mezi titaničitan strontnatý a titaničitan vápenatý. Toho jsme dosáhli odpařením krystalů pomocí výkonného laseru a jejich opětovným uložením na nosné substráty. Vznikl tak materiál složený z 500 vrstev o tloušťce asi 200 nanometrů.“

Při následných fotoelektrických měřeních byl nový materiál ozářen laserovým světlem. Výsledek vědce doslova překvapil: ve srovnání s čistým titaničitanem barnatým o podobné tloušťce byl tok proudu až tisíckrát silnější - a to i přesto, že podíl titaničitanu barnatého jako hlavní fotoelektrické složky byl snížen téměř o dvě třetiny.

Základem úspěchu jsou vrstvy

„Zdá se, že interakce mezi vrstvami mřížky vede k mnohem vyšší permitivitě - jinými slovy, elektrony mohou díky excitaci světelnými fotony proudit mnohem snadněji,“ vysvětluje Akash Bhatnagar. Měření také ukázala, že tento efekt je velmi robustní: po dobu šesti měsíců zůstal téměř konstantní. Fakt, že naměřené hodnoty zůstaly stejné po dobu půl roku, znamená, že materiál může být dostatečně odolný pro komerční využití.

Nyní bude potřeba provést další výzkum, během kterého odborníci zjistí, co přesně způsobuje tento vynikající fotoelektrický efekt. Bhatnagar je přesvědčen, že potenciál, který nový koncept prokázal, lze využít pro praktické aplikace v solárních panelech. „Vrstevnatá struktura vykazuje vyšší výtěžnost ve všech teplotních rozmezích než čistá feroelektrika. Krystaly jsou také výrazně odolnější a nevyžadují speciální obal.“

Dosavadní práce Bhatnagarova týmu se může stát součástí potenciální revoluce v oblasti feroelektrických materiálů. Její výsledky mohou najít praktické využití i v dalších segmentech, jako jsou počítačové paměti, kondenzátory a dalších elektronická zařízení.

Jak hodnotíte tento vědecký objev?

Zdroje: interestingengineering.com, uni-halle.de, sciencemag.org.

[? jahodovák]

Že by další procházka...dokud to nebude v prodeji,je to jen utopije

[? martesik]

Univerzita v Halle píše: "The photovoltaic effect of ferroelectric crystals can be increased by a factor of 1,000 if three different materials are arranged periodically in a lattice."
Což znamená: "Fotovoltaický jev feroelektrických krystalů lze zvýšit 1000x v případě, kdy jsou tři různé materiály periodicky uspořádány v mřížce".
A vyjádření v článku zní: "... zvýšit produkci energie feroelektrických krystalů v solárních článcích až tisíckrát" - což vůbec neznamená "zvýšit produkci energie fotovoltaických panelů až tisíckrát".
Výstupem výzkumu může být spíš výrazné zlevnění fotovoltaických panelů a jejich rozšíření "na fasády a všechno možné". V češtině ve VTM https://vtm.zive.cz/clanky/bezne-solarn ... fault.aspx
Jinými slovy, je to další druh perovskitu a tudíž potenciálně levná a flexibilní technologie - tenké, snadno vyrobitelné, možná ohybatelné a hlavně levné. Jak si stojí cenově ty titanové soli proti taveným křemíkovým krystalům, netuším. Ale asi by to mělo být jednodušší vyrobit a za cenu méně energie. To je moje interpretace.

[vlkazajac]

Ferroelektrický kryštál v paneli.... Teda, ak dnes dáva 1 W z metra štvorcového, bude u nás jeho teoretický limit s usporiadanou mriežkou oných známych 1000 W/m2. A opačne.

[ViktorEX]

co se stalo vlastne s tou polskou studentkou, ktera prisla take s prevratnym objevem třívrstvých panelů a výrazně vyšší účinností? to už je taky tak dva-tři roky

[? Hyp]

Nekdo to koupil (vyrobce panelu) a dal to k ledu? ) Jak s oblibou rikaji konspiracni hypotetici

[? Miki.X]

co se stalo vlastne s tou polskou studentkou, ktera prisla take s prevratnym objevem třívrstvých panelů a výrazně vyšší účinností? to už je taky tak dva-tři roky

https://www.youtube.com/watch?v=Qx3DKbqMVaU
https://www.youtube.com/watch?v=JLJ4jEsKx0E

[? Hyp]

Mám ten mono panel viz můj podpis níže.

Myslíte že budou v dohledné době 2 let nějaké účinnější panely?

Mám dojem že ten panel při nedokonalém nasměrování a rozptýleném světle moc energie nedává… doporučili byste mi přidat nějaký poly 12V 10A který bych mohl připojit paralelně?

Tedy aby výsledných nominální 12 V / maximálně 20 A bylo zachováno.

Jo a mimochodem, kdybych měl pouze 10 ampérový PWM, tak vlastně kdybych měl že soláru 12 V / 20 A maximálně, tak chápu asi správně, že jsi víc jak těch 10 A Nevezme? Anebo by se ten regulátor spálil?

[? misa84]

ještě aby vylepšily ukládání energie "SMES" a bude na světě lépe ...kolik lidí se za propagaci technologií ztratí než energetický giganti uznají prohru...

(Superconducting magnetic energy storage )