Generar más electricidad a partir de células solares y realizar más investigaciones sobre la llamada fisión singlete. Esto es en lo que los científicos de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg FAU están trabajando actualmente como parte de un proyecto de investigación conjunto realizado en colaboración conCentro de Investigación de Energía Solar Argonne-Northwestern ANSER en la Universidad de Northwestern en Evanston, EE. UU. La fisión singlete podría aumentar considerablemente la eficiencia de las células solares y, gracias a las últimas investigaciones, está un paso más cerca de ser posible. Los hallazgos han sido publicadosen la revista científica Química .
El consumo mundial de energía se ha disparado y se prevé que la tendencia al alza continúe en los próximos años. En un intento por satisfacer la demanda y al mismo tiempo proteger el medio ambiente, la electricidad procedente de fuentes de energía renovables como la solar, la eólica, el agua y la biomasa está ganando importancia.Sin embargo, solo aproximadamente el seis por ciento de la electricidad bruta producida en Alemania en 2017 provino de sistemas fotovoltaicos y la tecnología que tenemos disponible actualmente, basada en silicio, está alcanzando rápidamente sus límites en términos de potencial.
Generando más electricidad a partir de células solares
Las células solares son extremadamente ineficientes para convertir la energía solar en electricidad. Su eficiencia actualmente se encuentra entre el 20 y el 25 por ciento. Se necesitan nuevos enfoques para aumentar significativamente el rendimiento de las células solares y generar más electricidad. La respuesta se puede encontrar en-procesos químicos que aumentan significativamente la eficiencia de las células solares. Los científicos de FAU y el Centro ANSER han estado explorando un enfoque prometedor como parte de su proyecto de investigación conjunto dentro de la Iniciativa de Campos Emergentes EFI 'Fisión singlete en nuevos materiales orgánicos: unenfoque hacia células solares altamente eficientes ''. Los investigadores investigaron el llamado mecanismo de fisión singlete SF, en el que un fotón excita dos electrones.
Obtener una mejor comprensión de la fisión singlete
El principio de la fisión singlete se descubrió hace aproximadamente cincuenta años, pero su potencial para aumentar significativamente la eficiencia de las células solares orgánicas solo fue reconocido por científicos en los EE. UU. Hace poco menos de diez años. Desde entonces, los investigadores de todo el mundo han sidotrabajando para obtener una comprensión más detallada de los procesos fundamentales y los mecanismos complejos detrás de él Junto con el Prof. Michael Wasielewski del Centro ANSER, los investigadores de FAU - Prof. Dr. Dirk Guldi de la Cátedra de Química Física I, Prof.Rik Tykwinski de la Cátedra de Química Orgánica I desde que se trasladó a la Universidad de Alberta, Canadá, el Prof.Dr. Michael Thoss de la Cátedra de Física Teórica del Estado Sólido desde que se trasladó a Albert-Ludwigs-Universität Freiburg y el Prof.Dr.Tim Clark del Computer Chemistry Center CCC ahora ha logrado aclarar algunos aspectos extraordinariamente significativos de SF.
Información detallada sobre el proceso
Cuando un fotón de la luz solar se encuentra y es absorbido por una molécula, el nivel de energía de uno de los electrones en la molécula aumenta. Al absorber un fotón, una molécula orgánica se convierte en un estado de mayor energía. La electricidad puede entoncesgenerarse dentro de las células solares a partir de esta energía que se almacena temporalmente dentro de la molécula. El escenario óptimo en las células solares convencionales es que cada fotón genera un electrón como portador de la electricidad. Sin embargo, si se utilizan dímeros de compuestos químicos seleccionados, dosLos electrones de las moléculas vecinas se pueden convertir en un estado de mayor energía. En total, un fotón genera dos electrones excitados, que a su vez se pueden utilizar para producir corriente eléctrica; dos están hechos de uno. Este proceso se conoce como SF yen el escenario ideal puede aumentar considerablemente el rendimiento de las células solares Químicos y físicos de FAU y el Centro ANSER han investigado el mecanismo subyacente con más detalle, lo que lleva ao una comprensión considerablemente más amplia del proceso de SF.
Tres hallazgos importantes
Como primer paso en su investigación, los científicos produjeron un dímero molecular a partir de dos unidades de pentaceno. Se considera que este hidrocarburo es un candidato prometedor para el uso de la fisión singlete en células solares. Luego, expusieron el líquido a la luz y utilizaron varios métodos espectroscópicospara investigar los procesos fotofísicos dentro de la molécula.
Esto les dio a los investigadores tres conocimientos de gran alcance sobre el mecanismo detrás de la fisión singlete intramolecular. En primer lugar, lograron demostrar que el acoplamiento a un estado de transferencia de carga superior es esencial para SF altamente eficiente. En segundo lugar, verificaron un modelo para singletefisión que crearon y publicaron recientemente doi: 10.1038 / ncomms15171. En tercer lugar y por último, demostraron que la eficiencia de SF se correlaciona claramente con la fuerza con la que se acoplan las dos subunidades de pentaceno.
Los hallazgos de los investigadores indican la importancia de planificar cuidadosamente el diseño de los materiales SF. Este es un hito importante en el camino hacia el uso de sistemas fotovoltaicos basados en SF para generar electricidad. Sin embargo, aún se requieren más investigaciones básicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Erlangen-Nuremberg . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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