Aurinkoa ja lämpöä

Vahva kiinnostus uusiutuvaan energiatuotantoon tuo jatkuvasti esiin uusia tapoja hyödyntää auringon valoa ja lämpöä.

Uusimman katsausartikkelin teemoina ovat muun muassa käänteiset aurinkokennojärjestelmät. Vaikka ajatus on melko takaperoinen ne voivat tuottaa sähköenergiaa mutta emittoiden fotoneja eikä niinkään niitä absorboiden.

Tällaiset lämpösäteilevät (Thermoradiative, TR) kennot generoivat jännitettä ja sähkötehoa infrapunafotonien epätasapainoisen lämpösäteilyn kautta.

Muita erikoisia aurinkoenergian hyödyntäjiä ovat muun muassa kvanttipisteet, fotosynteesiä matkivat sekä kahden spin-triplet -virityksen muodostuminen.

Parhaillaan USC Viterbi School of Engineeringin tutkijat kehittelevät uuden luokan puolijohdemateriaalia, joka saattaa parantaa optoelektroniikan laitteita ja aurinkopaneelien toimivuutta.

Tämän tutkimuksen vetäjä Jayakanth Ravichandran on materiaalien tiedemies, joka on aina ollut kiinnostunut ymmärtämään elektronien ja lämmön virtausta materiaaleissa sekä sitä miten elektronit vuorovaikuttavat materiaalien sisällä.

Tutkijat kehittivät puolijohteiden luokan nimeltään siirtymämetalli perovskiitti kalkogenidi. Tällä hetkellä hyödyllisimmät puolijohteet eivät sisällä tarpeeksi kantajia tietyllä määrällä materiaalia (”tilatiheys” density of states), mutta niissä elektronit liikkuvat nopeasti.

Tutkijoiden haaste onkin ollut lisätä materiaalin tilatiheyttä kuitenkin hyvän liikkuvuuden säilyttäen. Tutkijoiden ehdottaman materiaalin on ennustettu omaavan nämä ristiriitaiset ominaisuudet. Ensimmäisenä askeleena osoittamaan sen mahdollisia sovelluksia, tutkijat tutkivat sen kykyä absorboida ja emittoida valoa.

Jos aurinkokennot voitaisiin tehdä uudesta vaihtoehtoisesta puolijohdemateriaalista, johon sopisi paremmin elektroneja tiettyä tilavuutta kohden, aurinkokennot voisivat olla tehokkaampia - ehkä käyttäen sata kertaa vähemmän materiaalia tuottamaan sama määrän energiaa.