Odkryto nowy sposób przekształcania energii słonecznej w elektryczną

Poprzez prosty eksperyment z oświetlaniem metalicznych nanocząteczek, naukowcy ze Stanów Zjednoczonych i Holandii odkryli całkowicie nowy sposób generowania energii elektrycznej. Odkrycie może doprowadzić do skonstruowania nowych urządzeń fotogalwanicznych, które zbudowane są nie tylko z półprzewodników czy barwników organicznych, ale są oparte wyłącznie na metalach.

Odkryto nowy sposób przekształcania energii słonecznej na elektryczną

Zespół pod przywództwem Harry Atwater’a z Kalifornijskiego Instytutu Technologii osiągnął konwersję światła w energię elektryczną wykorzystując plazmony, czyli wspólne oscylacje gęstości gazu swobodnych elektronów, które znajdują się na powierzchni nanocząsteczek niektórych substancji. Na przykład nanocząstki złota, mogą posiadać plazmony przy określonej częstotliwości rezonansowej. Wiadome jest, że jeżeli elektrony są oddawane i przyjmowane z plazmonu, częstotliwość rezonansowa może się zmieniać.

Jeżeli nanocząsteczka osiądzie na przewodniku, spowoduje to przypadkową wymianę elektronów pomiędzy tym przewodnikiem i plazmonem. Atwater i jego zespół stwierdził, że jeżeli światło ma częstotliwość  bardzo, ale nie dokładnie dopasowaną do plazmonu oświetlanych nanocząsteczek, to w plazmonie zajdzie zjawisko „samodostrajania”  jego rezonansu do światła poprzez losowe oddawanie lub przyjmowanie elektronów z powierzchni przewodnika. Powodem tego zjawiska jest zasada termodynamiki: pochłaniając światło plazmon nagrzewa się, zwiększając entropię i zmniejszając energię swobodną.

Tak więc, w zależności od tego, w którym kierunku zmienia się częstotliwość – niebieskiego czy czerwonego światła – oświetlony plazmon będzie trzymał lub oddawał elektrony, których ruch jest losowy. Dzięki synchronizacji plazmonowego rezonansu z oświetlającym go światłem, ten stan będzie się utrzymywał tak długo, jak światło świeci. To z kolei powoduje różnicę napięcia między nanocząsteczką i powierzchnią.

Zespół przetestował dwa rodzaje struktur nanocząsteczkowych, kuliste nanocząsteczki złota o średnicy 60 nm i plazmonową „dziurawą macierz” składającą się z otworów o średnicy 100nm i pokrytą warstwą złota o grubości 20nm.

„Gdy materiał pozostaje stale oświetlony, wytwarza się potencjał elektryczny,” mówi Atwater. „Nikt wcześniej tego nie odkrył, ponieważ nikt tego nie szukał. Nasze badania to tylko połowa sukcesu do zbudowania urządzenia przekształcającego w ten sposób energię. Teraz musimy zastanowić się jak to przekształcić w prąd elektryczny.”

Inni specjaliści w zakresie plazmonów są pod wrażeniem odkrycia. „ Wymyślono genialny i całkowicie nowatorski sposób wytwarzania energii elektrycznej ze światła” mówi Martin Moskovits z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara w USA. „Mimo że wydajność tego procesu jest obecnie niska, można spodziewać się dopracowania tego pomysłu w przyszłości.”

Nicholas Hylton z Imperial College London w Wielkiej Brytanii mówi: „ Pokazano nową metodę przemiany światła w energię elektryczną. Sposób ten może znaleźć szerokie zastosowanie w nowej klasy urządzeniach optoelektronicznych, szczególnie jeżeli go dopracujemy i rozwiniemy.”

  1. M. T. Sheldon et al, Science, 2014, DOI:10.1126/science.1258405
  2. http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/10/new-way-convert-light-electricity-metal-plasmonic

Opracowała: Olga Polakowska

Korekta: Maciej Bielak-Wolanin

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*