Wyobraź sobie monitor, który potrafi się ładować, gdy go nie używasz. Zamiast stać bezczynnie, może zbierać światło z otoczenia i zamieniać je w elektryczność.
Nowe badanie pokazuje, że ten pomysł jest nie tylko możliwy – już działa w laboratorium.
Przeczytaj: Dlaczego jedna strona Drogi Mlecznej jest gorętsza od drugiej
Naukowcy stworzyli specjalne urządzenie, które może działać zarówno jako ogniwo słoneczne, jak i dioda LED (LED), wykonując oba zadania bardzo efektywnie. Badanie, opublikowane w czasopiśmie Joule, opisuje urządzenie, które przekształca światło słoneczne w energię elektryczną z efektywnością 26,7 procent, a jednocześnie emituje światło z efektywnością około 31 procent.
To imponujące liczby, nawet dla urządzeń zaprojektowanych tylko do jednego z tych zadań.
Kluczowy materiał stojący za przełomem
Kluczowym materiałem stojącym za tym przełomem jest coś, co nazywa się perowskitkami metalowohalogenkowymi. Materiały te stały się bardzo popularne w ostatnich latach, ponieważ są stosunkowo tanie w produkcji oraz mogą być adaptowane do pochłaniania lub emitowania różnych rodzajów światła.
Do tej pory jednak naukowcy zwykle projektowali ogniwa słoneczne z perowskitu i diody LED osobno, ponieważ wymagają one bardzo różnych struktur.
Przeczytaj: Które leczenie otyłości najlepiej chroni serce?
Wyzwanie grubości
Głównym wyzwaniem jest grubość. Aby dioda LED działała dobrze, warstwa perowskitu musi być bardzo cienka, aby światło mogło łatwo uciekać. Jednak aby ogniwo słoneczne działało dobrze, warstwa musi być znacznie grubsza, aby pochłaniać wystarczająco dużo światła słonecznego. Ta różnica utrudnia połączenie obu funkcji w jednym urządzeniu bez utraty efektywności.
Inteligentne rozwiązanie z gąbkową strukturą
Nowe badanie, prowadzone przez naukowców z University of Colorado Boulder oraz University of Science and Technology of China, znalazło sprytne rozwiązanie tego problemu. Zamiast wybierać między cienką a grubą, przeprojektowali sposób, w jaki światło przemieszcza się wewnątrz urządzenia.
Ich rozwiązanie polega na dodawaniu drobnych, gąbkowatych struktur z tlenku glinu wewnątrz warstwy perowskitu. Te struktury są zbyt małe, by je zobaczyć, ale odgrywają ważną rolę. Pomagają one efektywniej przewodzić światło – zarówno wtedy, gdy urządzenie pochłania światło, jak i gdy je emituje. Jednocześnie pozwalają płynnie przepływać prąd przez urządzenie, co jest kluczowe dla dobrej wydajności.
Naprawia wady materiału
Kolejną ważną poprawą jest redukcja drobnych wad w materiale. Zazwyczaj te defekty pochłaniają światło i zamieniają je w ciepło, co marnuje energię. Nowy projekt wykorzystuje specjalne zabiegi powierzchniowe, aby „naprawić” te wady. Pozwala to światłu odbijać się wewnątrz materiału i mieć drugą szansę na ucieczkę – proces ten nazywany jest recyklingiem fotonów. W efekcie urządzenie staje się jeszcze bardziej wydajne.
Utrzymuje się dłużej – i działa lepiej
Testy wykazały, że nowe urządzenie nie tylko dobrze działa w obu trybach, ale także dłużej wytrzymuje. Zachował większość swojej wydajności nawet po dłuższym użytkowaniu, co jest bardzo ważne w zastosowaniach rzeczywistych.
Nowe możliwości dla ekranów przyszłości
Tego typu urządzenie dwufunkcyjne może otworzyć zupełnie nowe możliwości. Na przykład ekrany przyszłości mogą pozyskiwać światło otoczenia, wydłużając żywotność baterii, a systemy oświetleniowe mogą odzyskiwać energię po wyłączeniu. Ogólnie badania pokazują, że łączenie pochłaniania światła i emisji światła w jednym urządzeniu to nie tylko teoria – to praktyczne rozwiązanie inżynieryjne.
Starannie projektując zarówno strukturę, jak i materiał, naukowcy nieustannie odkrywają nowe sposoby tworzenia urządzeń inteligentniejszych, bardziej wydajnych i bardziej wszechstronnych niż kiedykolwiek wcześniej.
Czytaj na Sporten: 3 transfery, które Liverpool planuje na lato