Επανάσταση στα υλικά των φωτοβολταικών

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Lund στη Σουηδία έχουν βρει ένα νέο τρόπο να συλλέγουν ενέργεια από το φως του ήλιου, με τη χρήση μορίων που περιέχουν σίδηρο. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο τελευταίο τεύχος του Nature Chemistry. Στόχος τους είναι η ανάπτυξη εφαρμογών ηλιακής ενέργειας πιο αποτελεσματικών και φιλικών προς το περιβάλλον.
Η νέα τεχνική πάνω στην οποία εργάζονται οι ερευνητές του Lund στηρίζεται στη χρήση μιας λεπτής μεμβράνης νανοδομημένων διοξειδίων του τιτανίου και μιας χρωστικής που δεσμεύει την ηλιακή ενέργεια. Μέχρι σήμερα σε ηλιακά πάνελ τέτοιου τύπου χρησιμοποιούνται μεμβράνες που περιέχουν ρουθήνιο, ένα στοιχείο ιδιαίτερα σπάνιο και ακριβό.
«Πολλοί ερευνητές έχουν προσπαθήσει να αντικαταστήσουν το ρουθήνιο με σίδηρο, αλλά χωρίς επιτυχία. Όλες οι προηγούμενες προσπάθειες οδήγησαν σε μόρια που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε θερμική αντί για ηλεκτρική», λέει ο Villy Sundström, Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής και Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Lund.
Ερευνητές του Τμήματος Χημείας του Lund σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, κατόρθωσαν να συνθέσουν μια χρωστική με βάση το σίδηρο, ικανή να επιτρέπει τη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρόνια, με απόδοση που αγγίζει το 100%.
Συνδυάζοντας τα πειράματα με προηγμένες προσομοιώσεις σε υπολογιστή, οι ερευνητές είναι σε θέση να κατανοήσουν λεπτομερώς το σχεδιασμό που απαιτείται για την επιθυμητή συμπεριφορά των μορίων του σιδήρου. Αυτή η γνώση αξιοποιείται τώρα για την περαιτέρω εξέλιξη των χρωστικών με βάση το σίδηρο αν και απαιτείται περισσότερη έρευνα πριν η νέα ουσία χρησιμοποιηθεί στην πράξη.
«Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι τα φωτοβολταϊκά που βασίζονται σε αυτά τα υλικά μπορεί να είναι εξίσου αποδοτικά με εκείνα του ρουθηνίου ή άλλων σπάνιων μετάλλων», λέει ο Villy Sundström.
Η ανακάλυψη θα μπορούσε επίσης να προωθήσει την έρευνα για τα ηλιακά καύσιμα με αντίστοιχες διαδικασίες με αυτές της φωτοσύνθεσης, όπου νερό, διοξείδιο του άνθρακα και ηλιακό φώς μετατρέπονται σε μόρια ενέργειας.
«Οραματιζόμαστε ότι η δημιουργία των νέων μορίων με βάση το σίδηρο θα μπορούσε επίσης να οδηγήσει στις χημικές αντιδράσεις που δημιουργούν ηλιακά καύσιμα», λέει ο Kenneth Wärnmark, Καθηγητής Οργανικής Χημείας στο Lund.
Οι ερευνητές, που εργάζονται πάνω στο πρόγραμμα για περίπου τρία χρόνια, είναι έκπληκτοι από το πόσο γρήγορα κατέληξαν στο σχεδιασμό μιας ουσίας με τόσο άμεσα και θετικά αποτελέσματα.
«Συνήθως η επιτυχία μιας έρευνας διαρκεί περισσότερο από ό, τι ελπίζουμε και πιστεύουμε», λέει ο Villy Sundström και συνεχίζει: «Για πρώτη φορά, συνέβη το αντίθετο!».