Nepraleiskite šimtmečio atradimo: Japonija ką tik peržengė 100 % ribą ir rado raktą į neribotą, pigią energiją

Ar įmanoma pasiekti daugiau nei 100 % efektyvumą?

Energijos negalima nei sukurti, nei sunaikinti – tai vienas pagrindinių fizikos dėsnių. Todėl iš pirmo žvilgsnio gali pasirodyti keista, kad Japonijos Kiūšiū (Kyushu) universiteto mokslininkai kalba apie 130 % efektyvumą saulės elementuose.

Tačiau čia nėra jokios „stebuklingos“ energijos. Tiesiog ši technologija leidžia kur kas geriau išnaudoti saulės šviesos spektrą.

Kodėl dabartiniai saulės elementai nėra labai efektyvūs?

Saulė siunčia milžinišką kiekį energijos, bet įprasti silicio saulės elementai panaudoja tik apie 20 %. Taip yra todėl, kad:

• Silpni (infraraudonieji) fotonai neturi pakankamai energijos, kad išmuštų elektronus ir sukurtų elektros srovę.
• Labai stiprūs (pvz., mėlynos šviesos) fotonai turi per daug energijos, kurios dalį tiesiog „iššvaisto“ kaip šilumą.

Dėl šių priežasčių egzistuoja teorinė riba – vieno sluoksnio elementui ji siekia apie 33 %.

Kas naujo šiame tyrime?

Mokslininkai panaudojo procesą, vadinamą singletiniu dalijimusi (singlet fission). Paprastai vienas šviesos fotonas sužadina vieną energijos vienetą (eksitoną). Šiuo atveju:

• Vienas stiprus fotonas sugeba sukurti du silpnesnius energijos vienetus.
• Tai reiškia, kad gaunama daugiau „naudingų“ dalelių elektros gamybai.

Be to, tyrėjų sukurtas specialus molibdeno kompleksas padeda „pagauti“ šiuos papildomus energijos vienetus, kol jie dar nebuvo prarasti kaip šiluma.

Ką iš tikrųjų reiškia tie 130 %?

Svarbu suprasti, kad tai nereiškia, jog sukuriama daugiau energijos, nei gaunama iš Saulės. Tai reiškia, kad:

• Iš vieno sugerto fotono gaunama daugiau krūvio nešiklių (vidutiniškai 1,3 vietoj 1). Moksliškai tai vadinama kvantine išeiga.
• Energija tiesiog panaudojama efektyviau, o ne sukuriama iš nieko. Tai nėra amžinasis variklis – tai tiesiog mažesni šiluminiai nuostoliai.

Ką tai duoda ateityje?

Jei ši technologija bus ištobulinta ir pritaikyta masinei gamybai:

• Saulės elementų efektyvumas galėtų padidėti iki 35–45 %.
• Tai beveik dvigubai viršytų dabartinių komercinių sprendimų galimybes.

Nors tai dar ankstyvos stadijos tyrimas, jis įrodo, kad saulės energiją galime panaudoti kur kas efektyviau nei dabar.