Međunarodni tim je u laboratoriji postigao kvantni prinos od 130% kombinovanjem singlet fission u tetracenu sa molibdenovim kompleksima koji hvataju i pretvaraju umnožene ekscitone. Rezultat od 1,3 molibdenom-bazirana kompleksa po fotonu pokazuje potencijal za prevazilaženje Shockley–Queisser limita (~33%). Ipak, pre primene u realnim solarnim panelima potrebno je pretvoriti tečnu smešu u stabilni čvrsti materijal i produžiti životni vek ekscitona.
Laboratorijski Kvantni Prinos 130%: Singlet Fission Sa Molibdenom i Tetracenom Otvara Put Ka Efikasnijim Solarima
The singlet fission experiment captured energy with high efficiency. (Kyushu University)
Naučnici su demonstrirali kvantni prinos od 130% u laboratorijskim uslovima kombinovanjem procesa singlet fission sa metalnim kompleksima molibdena i organskim tetracenom. Važno je odmah razjasniti da ovo ne znači da solarni paneli proizvode 130% električne energije u odnosu na upadnu sunčevu snagu — radi se o kvantnom prinosu, odnosno prosečnom broju ekscitovanih metalnih kompleksa po apsorbovanom fotonu.
Kako funkcioniše otkriće
Singlet fission je proces u kojem jedan visokoeenergetski singletni eksciton deli svoju energiju i daje dva niže-energijska tripletna egzcitona. Istraživači su koristili organsku molekulu tetracen kao materijal u kojem se dešava to razdvajanje, dok molibdenovi kompleksi služe kao prihvatnici i „pretvarači“ tih umnoženih ekscitona.
Tetracene and molybdenum (Mo) were combined with singletfission. (Sifuentes-Samanamud et al.,J. Am. Chem. Soc., 2026)
Ključni problem ranijih eksperimenata bio je gubitak energije pre nego što bi multiplikacija ekscitona bila iskorišćena — najčešće putem Försterovog rezonantnog transfera energije (FRET). U ovom radu, molibden je odabran zato što u kompleksu deluje kao spin-flip emiter: najpre zadržava energiju, a zatim kvantnim spin-flip procesom pretvara skrivene stanje u emitovanu svetlost ili u stanje koje se može detektovati.
Rezultati
Tim je izmerio prosečno 1,3 molibdenom-bazirana metalna kompleksa ekscitovana po apsorbovanom fotonu (što je predstavljeno kao 130% kvantnog prinosa). Time je jasno demonstrirano da se singlet fission može koristiti za umnožavanje ekscitona i da postoje rješenja za hvatanje tih ekscitona pre nego što budu izgubljeni.
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
Ograničenja i naredni koraci
Ovo su rani laboratorijski rezultati i na putu do praktičnih solarnih ćelija stoji nekoliko izazova:
- Pretvaranje tečne otopine korišćene u eksperimentu u stabilan čvrsti materijal pogodan za integraciju u solarne module.
- Produženje životnog veka ekscitona u molibdenovim kompleksima i kontrola procesa raspada (decay) tako da se energija može učinkovito iskoristiti.
- Skalabilnost, stabilnost na suncu i kompatibilnost sa postojećim fotonaponskim materijalima.
Autori naglašavaju da iako praktična primena zahteva dodatne inženjerske i materijalne inovacije, rad jasno pokazuje put ka prelasku preko tradicionalnih granica efikasnosti, kao što je Shockley–Queisser limit (~33% za tipične jednoslojne ćelije).
"Ovaj rad predstavlja značajan korak ka razvoju materijala za pojačanje ekscitona/fotona kombinovanjem singlet fission materijala sa kompleksima prelaznih metala," pišu autori u članku objavljenom u Journal of the American Chemical Society.
Zaključno, iako 130% kvantnog prinosa ne znači višak energije iz ničega, ovo otkriće može promeniti način na koji se dizajniraju buduće solarne ćelije i dovesti do značajnog povećanja efikasnosti kada se uspešno integriše u komercijalne uređaje.
Pomozite nam da budemo bolji.
