Badacze z Würzburga, pracujący nad bawarską inicjatywą Solar Technologies Go Hybrid, informują o postępach w wykorzystaniu energii słonecznej: opracowali innowacyjny system zbierania światła. Aby skutecznie przekształcać światło słoneczne w energię elektryczną lub inne formy energii, pierwszym krokiem jest wydajny system zbierania światła. Idealnie byłoby, gdyby ten system był panchromatyczny, co oznacza, że absorbuje całe widmo światła widzialnego. Naturalnymi modelami są anteny zbierające światło u roślin i bakterii. Przechwytują one szerokie widmo światła do fotosyntezy, ale są bardzo skomplikowane w budowie i wymagają wielu różnych kolorów do przenoszenia energii pochłoniętego światła do punktu centralnego. Systemy zbierania światła opracowane przez ludzi również mają wady: chociaż nieorganiczne półprzewodniki, takie jak krzem, pochłaniają panchromatycznie, to pochłaniają światło słabo. Do absorpcji wystarczającej ilości energii świetlnej potrzebne są bardzo grube warstwy krzemu w zakresie mikrometrów, co sprawia, że ogniwa słoneczne są stosunkowo nieporęczne i ciężkie. Organiczne barwniki odpowiednie do ogniw słonecznych są znacznie cieńsze: ich grubość warstwy wynosi tylko około 100 nanometrów. Jednakże, ledwo mogą one absorbować szerokie widmo światła i dlatego nie są szczególnie wydajne.

Cienka warstwa pochłania dużo energii świetlnej
Badacze z Julius-Maximilians-Universität (JMU) w Würzburgu, Niemcy, przedstawili w czasopiśmie Chem innowacyjny system zbierania światła, który znacznie różni się od dotychczasowych systemów. "Nasz system ma strukturę pasma podobną do tej w nieorganicznych półprzewodnikach. Oznacza to, że absorbuje światło panchromatycznie w całym zakresie widzialnym i wykorzystuje wysokie współczynniki absorpcji barwników organicznych. W rezultacie może on pochłaniać dużą ilość energii świetlnej w stosunkowo cienkiej warstwie, podobnie jak naturalne systemy zbierania światła," mówi profesor chemii JMU Frank Würthner. Jego zespół z Instytutu Chemii Organicznej / Centrum Chemii Nanosystemów zaprojektował system zbierania światła na JMU i badał go wspólnie z grupą profesora Tobiasa Brixnera z Instytutu Chemii Fizycznej i Teoretycznej.

Cztery kolory w genialnym układzie
Mówiąc prosto, innowacyjna antena zbierająca światło z Würzburga składa się z czterech różnych barwników merocjaninowych, które są złożone i ułożone blisko siebie. Złożone ułożenie cząsteczek umożliwia ultraszybki i wydajny transfer energii w obrębie anteny. Badacze nazwali prototyp nowego systemu zbierania światła URPB. Litery reprezentują długości fal światła, które są absorbowane przez cztery komponenty barwnikowe anteny: U dla ultrafioletu, R dla czerwieni, P dla fioletu, B dla niebieskiego.

Udowodniona wydajność poprzez fluorescencję
Badacze udowodnili, że ich nowy system zbierania światła działa tak dobrze, mierząc tzw. kwantową wydajność fluorescencji. Obejmuje to pomiar, ile energii system emituje w postaci fluorescencji. Na tej podstawie można wyciągnąć wnioski dotyczące ilości energii świetlnej, którą system wcześniej zgromadził. Wynik: system przekształca 38 procent emitowanej energii świetlnej w fluorescencję w szerokim zakresie spektralnym - cztery kolory same w sobie osiągają mniej niż jeden procent do maksymalnie trzech procent. Właściwe połączenie i umiejętne rozmieszczenie cząsteczek barwników w warstwie robi dużą różnicę.

Źródło: Faculty of Chemistry and Pharmacy, Würzburg