Χημικοί από το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϋ, έχουν βρει ένα τρόπο για να κατασκευάσουν φτηνά πλαστικά ηλιακά κύτταρα, αρκετά εύκαμπτα για να μπορούν να τοποθετηθούν σε οποιαδήποτε επιφάνεια και ενδεχομένως ικανά να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια για χαμηλής ισχύος συσκευές
Χημικοί από το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϋ, έχουν βρει ένα τρόπο για να κατασκευάσουν φτηνά πλαστικά ηλιακά κύτταρα, αρκετά εύκαμπτα για να μπορούν να τοποθετηθούν σε οποιαδήποτε επιφάνεια και ενδεχομένως ικανά να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια για χαμηλής ισχύος συσκευές. Τα πρώτα ακατέργαστα ηλιακά κύτταρα της ομάδας έχουν επιτύχει απόδοση περίπου 1,7 %, πολύ λιγότερο από την απόδοση του 10% των σημερινών φωτοβολταϊκών. Τα καλύτερα ηλιακά κύτταρα, που είναι πολύ ακριβά φύλλα πλαστικού ημιαγωγών, μετατρέπουν, το πολύ, 35% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Η αποδοτικότητά μας δεν είναι αρκετά καλή ακόμα, αλλά αυτή η τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να κάνει πολύ περισσότερα πράγματα, λέει ο Α. Paul Alivisatos, καθηγητής Χημείας στο UC Μπέρκλευ και μέλος του Τμήματος Επιστήμης Υλικών του Lawrence Berkeley National Laboratory. "Υπάρχει ένα αρκετά σαφές μονοπάτι για να ακολουθήσουμε, έτσι ώστε να να μπορεί αυτή η προσέγγιση να αποδώσει καλύτερα". Τα αποτελέσματα της έρευνάς τους παρουσιάζονται στην επιστημονική επιθεώρηση Science. Η ιδιαιτερότητα της παρατήρησής μας είναι ότι μπορούμε να βάλουμε ηλιακά κύτταρα απευθείας στο πλαστικό, παρέχοντας απεριόριστες δυνατότητες'', λέει ο μεταπτυχιακός φοιτητήτης Janke J. Dittmer. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε νέες εφαρμογές, όπως τοποθέτηση των ηλιακών κυττάρων στα ρούχα για να ανάβουν LEDs, στα ραδιόφωνα ή στους μικρούς επεξεργαστές υπολογιστών".
Το ηλιακό κύτταρο που έχουν δημιουργήσει είναι στην πραγματικότητα ένα υβρίδιο: αποτελείται από μικροσκοπικές νανοράβδους που διασκορπίζονται μέσα σε ένα οργανικό πολυμερές ή στο πλαστικό. Ένα στρώμα, πάχους περίπου 200 νανόμετρων, είναι σαν sandwich μεταξύ ηλεκτροδίων, και μπορεί προς το παρόν να παραγάγει, περίπου 0,7 V. Τα στρώματα των ηλεκτροδίων και των νανοράβδων/στρωμάτων πολυμερών θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σε διαφορετικά τμήματα, καθιστώντας την παραγωγή αρκετά εύκολη. Και αντίθετα από τις φωτοβολταϊκές συσκευές που χρησιμοποιούνται σήμερα και στηρίζονται σε ημιαγωγούς, τα πλαστικά ηλιακά κύτταρα μπορούν να κατασκευαστούν σε διάλυμα, μέσα σε ένα μπίκερ χωρίς να είναι αναγκαία τα καθαρά δωμάτια ή οι συσκευές κενού, που απαιτούνται για τα σύγχρονα, μεγάλης αποδοτικότητας, ηλιακά κύτταρα.
Η τεχνολογία εκμεταλλεύεται τις πιο πρόσφατες προόδους στη νανοτεχνολογία και συγκεκριμένα την παραγωγή νανοκρυστάλλων και νανοράβδων από τον Alivisatos και τους συνεργάτες του. Αυτά είναι μόρια που αποτελούνται από 100 έως 100.000 άτομα με μέγεθος ενός νανόμετρου ή ενός δισεκατομμυριοστού του μέτρου. Λόγω του μικρού τους μεγέθους, παρουσιάζουν ασυνήθιστες και ενδιαφέρουσες ιδιότητες που μελετώνται από κβαντικές μηχανές. ''Όλα τα ηλιακά κύτταρα που χρησιμοποιούν του πλαστικούς ημιαγωγούς έχουν, προς το παρόν, κολλήσει στο 2% αποδοτικότητα, αλλά είναι αρκετά υψηλό για την αρχή της έρευνάς μας", λέει ο μεταπτυχιακός φοιτητής Wendy U. Huynh, cο-author της εργασίας. "Το πλεονέκτημα των υβριδικών υλικών που αποτελούνται από ανόργανους ημιαγωγούς και οργανικά πολυμερή, είναι ότι υπάρχει η δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί το καλύτερο από τους δύο αυτούς διαφορετικούς κλάδους", λέει ο Dittmer. "Οι ανόργανοι ημιαγωγοί προσφέρουν άριστες, και δεδομένες ηλεκτρονικές ιδιότητες και έχουν χρησιμοποιηθεί κατά κόρον ως υλικά ηλιακών κυττάρων. Τα πολυμερή προσφέρουν το πλεονέκτημα της επεξεργασίας των διαλυμάτων σε θερμοκρασία δωματίου, που κοστίζει λιγότερο και επιτρέπει την χρησιμοποίηση πλήρως εύκαμπτων υποστρωμάτων, όπως τα πλαστικά".
Μερικές από τις βελτιώσεις θα είναι η καλύτερη συλλογή και συγκέντρωση του φωτός, κάτι το οποίο εφαρμόζεται ήδη στα υπάρχοντα ηλιακά κύτταρα. Αλλά ο Alivisatos και οι συνάδελφοί του ελπίζουν να κάνουν σημαντικές βελτιώσεις και στο μίγμα πλαστικό/νανοράβδοι, τοποθετώντας με τον πλέον ιδανικό τρόπο τις νανοράβδους πιο κοντά, κάθετες στα ηλεκτρόδια, χρησιμοποιώντας την ελάχιστη ποσότητα πολυμερούς ή και καθόλου, επιτρέποντας έτσι στις νανοράβδους να μεταφέρουν γρηγορότερα τα ηλεκτρόνιά τους στο ηλεκτρόδιο. Στα πρώτης γενιάς ηλιακά κύτταρά τους, οι νανοράβδοι ανακατεύονται με το πολυμερές, προκαλώντας απώλειες ρεύματος μέσω του επανασυνδυασμού των ηλεκτρονίων, κι έτσι ελλατώνεται η αποδοτικότητα.Ελπίζουν επίσης να συντονίσουν τις ναναράβδους, για να απορροφούν διαφορετικά χρώματα, κι έτσι να επεκταθούν στο ηλιακό φάσμα. Ένα ενδεχόμενο ηλιακό κύτταρο ίσως να έχει τρία στρώματα, κάθε ένα φτιαγμένο από νανοράβδους που απορροφούν σε διαφορετικά μήκη κύματος. ''Για αυτή την συγκεκριμένη χρήση θα πρέπει να έχουμε περισσότερο από 10% αποδοτικότητα,'' λέει ο Alivisatos και συμπληρώνει, ''αλλά σκεφτόμαστε ότι είναι πραγματοποιήσιμο".
Η εργασία χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (National Renewable Energy Laboratory) και το Τμήμα Ενέργειας (Department of Energy) των ΗΠΑ.