Průlom v polovodičích – organické solární panely to mohou rozjet naplno!

Průlom v polovodičích – organické solární panely to mohou rozjet naplno!

01. března 2018

Nejdřív bychom měli vysvětlit, o co jde. To, že organické látky jsou špatné vodiče elektřiny, ví asi každý. Přesto se vyrábějí organické solární panely, které mají několik výhod – jsou ohebné, tenké a ekologické. Jenže ta účinnost je mizerná. Jde totiž o to, že klasické křemíkové polovodiče mají pevnou atomovou vazbu. Ta dokáže přenášet elektron velmi rychle a velmi daleko.

Ovšem organické materiály mají vazby pružné a elektron tak dobře nevodí. Proto se musí u organických solárních panelů pokrývat vodivou elektrodou, která schraňuje elektrony, kde jsou generovány. To ovšem znamená jediné – vzniká neprůhledná vrstva, která má hned několik špatných vlastností – od neprůhlednosti, přes zvyšování teploty až ztrácení pružnosti apod.

Nový objev by tak mohl udělat zásadní průlom v tom, jak zprůhlednit solární panely, protože vodivá elektroda by byla pouze ve formě řídké průhledné sítě. Každé okno na domě, na autě nebo i povrchy karoserií by pak mohly být solárním článkem.

Jak na to?

Tým vědců, kde nejvýraznějšími osobnostmi jsou Stephen Forrest, Peter A. Franken a Paul G. Goebel, našli totiž látku, která dokáže přenášet elektron na vzdálenost až několika centimetrů. Jmenuje se fulleren a vtipně se mu říká zvědavý uhlík nebo také BuckyBall. Nárůst to je opravdu úžasný, vždyť dnes na organických solárních panelech dokážou elektrony putovat jen několik nanometrů!

Jako obvykle, k objevu došlo čistě náhodou. Běžným vakuovým tepelným odpařováním C6 fullerenů na materiál, kde na vrchní vrstvě fotony uvolňují elektrony z vazeb, dali další vrstvu fullerenů nahoru, aby zabránili unikání elektronů. Objevili něco, co nikdy předtím neviděli v organickém organismu - elektrony se skrývají v materiálech, a to i mimo oblast generující energii buňky.

Během měsíců experimentování zjistili, že fullerenová vrstva tvořila to, co je známo jako energetická studna - nízkoenergetická oblast, která zabraňuje tomu, aby se negativně nabité elektrony rekombinovaly s pozitivními náboji, které zůstaly ve vrstvě produkující energii.

Nedokážete si to představit? Tak si zkuste představit energii, jako nějaký kaňon, kam elektrony spadnou a už se nedokážou dostat zpět“, vysvětluje Caleb Cobourn, výzkumný pracovník na fyzikálním ústavu UM. A tak se elektrony i nadále volně pohybují, místo aby se rekombinovaly.