นาซาได้ทำการทดสอบเทคโนโลยีโซลาร์เซลล์รูปแบบใหม่

แผงโซลาร์เซลล์สีน้ำเงินเข้มที่จุดบนหลังคาและทุ่งโล่งในปัจจุบันโดยทั่วไปทำจากซิลิกอนซึ่งเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ผ่านการทดสอบอย่างดี เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิกอนมีข้อจำกัด โดยสูญเสียพลังงานถึง 40% ที่รวบรวมจากแสงแดดในรูปของความร้อนเหลือทิ้ง นักวิจัยจาก Colorado State University กำลังศึกษาวิธีการใหม่ๆ ในการปรับปรุงพลังงานแสงอาทิตย์และให้ทางเลือกเพิ่มเติมแก่อุตสาหกรรมในการสำรวจ นักเคมีของ CSU กำลังเสนอให้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้ไม่ใช่ซิลิกอน แต่เป็นวัสดุธรรมชาติที่มีอยู่มากมายที่เรียกว่าโมลิบดีนัมซัลไฟด์ ด้วยการใช้เทคนิคโฟโตเคมีเคมีและสเปกโทรสโกปีผสมผสานกันอย่างสร้างสรรค์ นักวิจัยได้ทำการทดลองหลายชุดโดยแสดงให้เห็นว่าฟิล์มบางมากของโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์แสดงคุณสมบัติพาหะประจุไฟฟ้าอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ซึ่งสักวันหนึ่งอาจช่วยปรับปรุงเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมาก การทดลองนำโดยเคมีดุษฎีบัณฑิต นักศึกษา Rachelle Austin และนักวิจัยหลังปริญญาเอก Yusef Farah Austin ทำงานร่วมกันในห้องทดลองของ Justin Sambur รองศาสตราจารย์ภาควิชาเคมี และ Amber Krummel รองศาสตราจารย์ในแผนกเดียวกัน Farah เป็นอดีตปริญญาเอก นักเรียนในห้องทดลองของ Krummel ผลงานของพวกเขาได้รับการตี พิมพ์ในProceedings of the National Academy of Sciences ความร่วมมือครั้งนี้ได้รวบรวมความเชี่ยวชาญของ Sambur ในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้วัสดุระดับนาโน และความเชี่ยวชาญของ Krummel ในเลเซอร์สเปกโทรสโกปีความเร็วสูงพิเศษ เพื่อทำความเข้าใจว่าวัสดุต่างๆ โซลาร์เซลล์ มีโครงสร้างอย่างไรและทำงานอย่างไร ห้องปฏิบัติการของ Sambur เริ่มสนใจโมลิบดีนัมซัลไฟด์ในฐานะวัสดุพลังงานแสงอาทิตย์ทางเลือกที่เป็นไปได้ โดยพิจารณาจากข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับความสามารถในการดูดกลืนแสง แม้ว่าจะมีความหนาเพียง 3 อะตอมก็ตาม Austin อธิบาย นั่นคือตอนที่พวกเขาหันไปหา Krummel ซึ่งห้องทดลองของเขามีสเปกโตรมิเตอร์การดูดกลืนแสงชั่วคราวแบบโพรบแบบปั๊มเร็วพิเศษสุดล้ำสมัย ซึ่งสามารถวัดสถานะพลังงานตามลำดับของอิเล็กตรอนแต่ละตัวได้แม่นยำมากขณะที่พวกมันตื่นเต้นกับพัลส์เลเซอร์ การทดลองโดยใช้เครื่องมือพิเศษนี้สามารถให้ภาพรวมของการไหลของประจุในระบบ Austin สร้างเซลล์โฟโตเคมีไฟฟ้าโดยใช้ชั้นอะตอมเดี่ยวของโมลิบดีนัมซัลไฟด์ และเธอกับฟาราห์ใช้เลเซอร์หัววัดแบบปั๊มเพื่อติดตามการเย็นตัวของอิเล็กตรอนขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ผ่านวัสดุ สิ่งที่พวกเขาพบคือการแปลงแสงเป็นพลังงานที่มีประสิทธิภาพอย่างน่าประหลาดใจ ที่สำคัญกว่านั้น การทดลองด้วยเลเซอร์สเปกโทรสโกปีทำให้สามารถแสดงได้ว่าเหตุใดการแปลงที่มีประสิทธิภาพนี้จึงเป็นไปได้ พวกเขาพบว่าวัสดุนี้เปลี่ยนแสงเป็นพลังงานได้ดีมาก เพราะโครงสร้างผลึกช่วยให้สามารถดึงและใช้ประโยชน์จากพลังงานของสิ่งที่เรียกว่าพาหะร้อน ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงซึ่งจะถูกกระตุ้นจากสถานะพื้นเมื่อกระทบด้วยการมองเห็นที่เพียงพอ แสงสว่าง. Austin และ Farah พบว่าในเซลล์โฟโตอิเล็กโทรเคมีของพวกเขา พลังงานจากพาหะร้อนเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นโฟโตเคอร์เรนซีทันที แทนที่จะสูญเสียในรูปของความร้อน ปรากฏการณ์การสกัดพาหะร้อนนี้ไม่มีในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอนทั่วไป "งานนี้เป็นการปูทางไปสู่การรู้วิธีการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่มีวัสดุระดับนาโนเหล่านี้สำหรับการผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมากอย่างมีประสิทธิภาพ" แซมบูร์กล่าว โครงการนี้เป็นความร่วมมือกับศาสตราจารย์ Andrés Montoya-Castillo และ Dr. Thomas Sayer จาก University of Colorado Boulder ผู้ซึ่งสนับสนุนวิชาเคมีเชิงทฤษฎีและการสร้างแบบจำลองการคำนวณเพื่อช่วยอธิบายและตรวจสอบข้อมูลการทดลอง Krummel กล่าวว่า "การค้นพบนี้ต้องใช้แนวทางแบบ 'วิทยาศาสตร์แบบทีม' ซึ่งรวบรวมความเชี่ยวชาญประเภทต่างๆ มากมายในการคำนวณ การวิเคราะห์ และเคมีเชิงฟิสิกส์" Krummel กล่าว ผลลัพธ์ที่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรมีช่องทางในการสอบถามเพื่อสำรวจแนวทางใหม่ๆ สำหรับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ในวันพรุ่งนี้ งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงพลังงานสหรัฐ สำนักงานวิทยาศาสตร์พลังงานพื้นฐาน