Krzem, jako pierwiastek półprzewodnikowy, dynamicznie popycha do przodu rozwój technologii na świecie. Dzięki swojej cienkiej, lekkiej i elastycznej strukturze, a także właściwościom przewodzącym i fotoemisyjnym oraz jako surowiec powszechnie dostępny na naszej planecie jest materiałem szeroko wykorzystywanym w różnych gałęziach przemysłu.
Naukowcy z Uniwersytetu Linköping w Szwecji, Chińskiej Akademii Naukowej oraz Uniwersytetu Nauki i Technologii w Beijing opracowują prototyp nowego rodzaju ogniwa krzemowego, które ma docelowo wytwarzać energię elektryczną ze światła sztucznego generowanego w pomieszczeniach wewnętrznych.
Założenie jest takie, że aktywne powierzchnie ogniw krzemowych, będące unikalną kombinacją warstw dawcy i akceptora (złącze +/-) będą absorbowały odpowiednie długości fal świetlnych, charakterystyczne dla pomieszczeń wewnętrznych. Wykorzystując zjawisko fotoemisji krzemu, czyli ruchu elektronów między złączami krzemu pod wpływem światła słonecznego, które to wywołuje przepływ prądu elektrycznego, przeprowadzono próbę w płytkami krzemowymi w pomieszczeniu zamkniętym, gdzie mamy do czynienia ze światłem sztucznym. To badanie miało na celu sprawdzenie, czy tylko światło naturalne (słoneczne) jest w stanie pobudź ruch elektronów w ogniwie krzemowym. Jak się zachowuje cząsteczka krzemu w warunkach rozproszonego sztucznego światła.
Hannah Bürckstümmer o drukowanych ogniwach fotowoltaicznych w ramach programu TED.
Do badań wykorzystano dwie kwadratowe próbki ogniwa krzemowego o powierzchni 1 cm2 i 4 cm2. Kiedy płytki krzemowe wystawiono na sztuczne światło o intensywności 1000 luxów, próbka o mniejszej powierzchni przekształciła tę energię świetlną w elektryczną z wydajnością powyżej 26 %. W ciągu ponad 1000 godzin dostarczyła ponad 1W energii elektrycznej, ze światła o bardzo rozproszonej strukturze i intensywności 200-1000 luxów (to niewiele, intensywność promieniowania słonecznego wynosi 32000-100000 luksów). Natomiast większe ogniwo krzemowe w tych warunkach uzyskało wydajność na poziomie 23 % Dla porównania sprawność najbardziej sprawnych, monokrystalicznych paneli fotowoltaicznych serii Sunpower wynosi 22% .
Z otrzymanych wyników można wywnioskować, że organiczne ogniwa krzemowe są w stanie wytwarzać energię elektryczną praktycznie w każdych warunkach świetlnych. Po opracowaniu lepszej technologii ogniw krzemowych (np. łączeniu z innymi pierwiastkami posiadającymi więcej elektronów walencyjnych), ich wydajność zdecydowanie wzrośnie. I tego typu moduły pv będą mogły służyć do zasilania urządzeń w domu.
Technologia obecnie jest komercjalizowana przez firmę spinöping Linköping, a informacje na temat badań, przeprowadzonych przez zespół naukowców pod kierownictwem dr. hab. prof. Feng Gao niedawno ukazały się w czasopiśmie „Nature Energy”.
Czy w przyszłości będziemy instalować takie ogniwa na ścianach naszych własnych mieszkań, żeby po części odzyskiwać światło, które sami produkujemy? Czas pokaże.
