Domů     Technika
Budeme mít na střechách nanokrystaly?
21.stoleti 17.9.2010

Slunce nás trpělivě bombarduje kvanty energie a my se pomalu učíme ji využívat. Poslední objevy dávají naději, že bychom mohli využívat dnes nepředstavitelných 60 % sluneční energie v solárních panelech. Ty dnešní mají praktickou účinnost méně než 20 %. Zařídit by to mohly nanokrystaly, nazývané také „kvantové tečky“.

Slunce nás trpělivě bombarduje kvanty energie a my se pomalu učíme ji využívat. Poslední objevy dávají naději, že bychom mohli využívat dnes nepředstavitelných 60 % sluneční energie v solárních panelech. Ty dnešní mají praktickou účinnost méně než 20 %.  Zařídit by to mohly nanokrystaly, nazývané také „kvantové tečky“.

Hlavní nevýhodou dnešních solárních panelů je nízká účinnost. Současné křemíkové panely, které jsou na trhu, umí na elektřinu přeměnit méně než 20 % dopadajícího světla. Teoretické maximum efektivity je asi 31 %. To, že se ztrácí část energie přeměnou v tepelnou,, je zčásti až druhotný jev, protože primárně nemají současné solární buňky ani kapacitu zachytit kvanta energie, kterými je Slunce bombarduje. Pokusy s využitím nanokrystalů slibují změnu – na elektrický proud bude možné přeměnit teoreticky až 66 % dopadajícího záření.

Chyťte horké elektrony, než vychladnou
Světlo si můžeme představit jako vlnění i jako částice, fotony. Když sluneční světlo dopadá na solární buňku, část energie se absorbuje, excituje (vybudí) elektrony v materiálu fotobuněk a „vyrazí“ je z jejich místa. Volné elektrony pak putují v elektrickém poli daným směrem a tím zjednodušeně vzniká elektrický proud. Energie, kterou materiál nedokáže absorbovat, se mění do podoby vysokoenergetické formy elektronů, nebo také „horkých elektronů“. Ty jsou ale nestálé a energie se ztratí přeměnou na teplo. „Nicméně, pokud by se podařilo využít horké elektrony dřív, než energii ztratí, pak jste v podstatě vypnuli tuto ztrátovou dráhu a můžete zvýšit účinnost s více než dvojnásobným faktorem,“ říká autor studie Xiaoyang Zhu, profesor chemie na Universitě v Texasu,

Lenivé elektrony je třeba vylákat z nanokrystalů
K dosažení tohoto efektu byly použity nanokrystaly (menší než 100 nanometrů) selenidu olova. Stejně jako křemík, je selenid olova polovodič, ale podstatný rozdíl oproti větším částicím je v jeho schopnosti udržet horké elektrony jako »horké« delší dobu a tím předejít ztrátám přeměny energie v teplo. Výzkum ukázal, že nanokrystaly – kvantové tečky – mohou zvýšit životnost horkých elektronů až 1000 krát. Ale ještě není vyhráno, horký elektron je třeba z kvantové tečky uvolnit, tak aby jeho energie mohla být využita jako elektrický proud.
„ Elektronu se uvnitř kvantové tečky líbí,“ říká profesor Zhu s nadsázkou, „takže jsme museli najít něco, co ho vyláká ven.“

Kovový oříšek
Vědci zvolili dobře prostudovaný oxid titaničitý, který je známý svou schopností přijímat nové elektrony a pustili se do dalšího oříšku. Museli hledat způsob, jak propojit selenidové nanokrystaly a oxid titaničitý takovým způsobem, aby jejich chemická interakce umožnila přenos elektronů. To se podařilo nad očekávání dobře, přenos byl nejen úspěšný ale také velmi rychlý. Pokud budou i další pokusy stejně úspěšné, solární články s nanokrystaly jsou zase o krok blíže k reálné aplikaci. „Konečným cílem je pochopitelně solární buňka s účinností předpokládaných 66 %, ale dalším krokem k praktickému životu je přivést horké elektrony až do vodičů. To je výzkum, který má mnoho implikací, ale implikace ještě nejsou aplikace,“ konstatuje profesor Zhu a dodává, že bude velmi rád, když ještě za svého života uvidí kvantové tečky na střechách.
Sprejerství se stane prestižní profesí
Profesor Ted Sargent z Univerzity v Torontu se svým týmem pracuje dokonce na solárním panelu ve spreji a tato technologie by měla mít ještě jednu přednost – měla by prý měnit na světlo i paprsky v infračerveném spektru, tedy teplo. I člověk vydává teplo přibližně asi jako stowattová žárovka, stejně jako další živočichové i pracující stroje a přístroje. Pokud se projekt povede dovést až k výrobě, mohly by být v budoucnosti plochy produkující čistou energii doslova všude. Saka a kabelky napájející mobilní telefony a přehrávače, domácí solární »panely «v podobě závěsů na oknech nebo automobily či notebooky, které se samy zásobují energií, vypadají dnes fantasticky, ale jako představa budoucnosti jsou velmi lákavé.

Související články
Vesmír bude opět na dosah ruky. Od 20. do 26. října ožije Praha, Brno i další města festivalem Czech Space Week – největší přehlídkou kosmických aktivit v Česku. Česko má vlastní družice, podílí se na mezinárodních misích a brzy vyšle astronauta Aleše Svobodu na Mezinárodní vesmírnou stanici. To a mnoho dalšího oslaví 8. ročník Czech […]
Medicína Technika 15.10.2025
Řada lidí ji podceňuje. Ovšem chřipka není jen obyčejná rýmička. Koneckonců může vyústit v závažné zdravotní problémy a nakonec i smrt. Proto se proti této nemoci nechává mnoho lidí očkovat. Jenže vytvoření funkční vakcíny je tak trochu alchymie Rok co rok mají před sebou experti stejnou výzvu. Jejich úkolem je zvolit kmeny chřipky, které budou […]
Příroda Technika 14.10.2025
Nepoužívané smartphony mohou pomoci snížit množství elektroodpadu i těžbu vzácných kovů. V rámci dnešního Mezinárodního dne elektroodpadu na tento aspekt upozorňuje studie Fraunhofer Austria a ukazuje, že jen v českých domácnostech leží 11,3 milionu starých smartphonů plných cenných surovin. V Evropě se nachází až 642 milionů nevyužívaných smartphonů, z nichž 211 milionů by se po […]
Příroda Technika 11.10.2025
Snižování uhlíkové stopy s sebou nese také reporting. Do hry nově vstupuje umělá inteligence, která pomáhá firmám všech velikostí sledovat a řídit jejich dopad na životní prostředí. Díky chytrým algoritmům lze odhalit plýtvání energií, optimalizovat dopravu i produkci a zároveň ušetřit nemalé náklady.   Od tabulek k datové analytice Sledování uhlíkové stopy je relativně nová aktivita, […]
Objevy Technika 7.10.2025
Letošní Nobelova cena za fyziku byla udělena třem vědcům za průlomový výzkum kvantového chování v elektrických obvodech – konkrétně za ukázání kvantového tunelování a kvantování energie v systémech dostatečně velkých na to, aby je bylo možné držet v ruce. Jejich práce otevírá cestu novým kvantovým technologiím, od výkonnějších počítačů po citlivé senzory. Královská švédská akademie […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz