Saulės energijos pasaulyje organiniai fotovoltiniai saulės elementai yra laikomi išsišokėliais, nepaisant jų didelio panaudojimo potencialo įvairiose taikymo srityse. Nors šie anglies pagrindo elementai, kuriuose organiniai polimerai arba mažos molekulės atlieka puslaidininkių vaidmenį, yra kur kas plonesni ir pigesni už įprastinius saulės elementus, sukonstruotus iš silicio plokštelių, jie vis dar nesugeba saulės šviesos efektyviai paversti elektros srove.
Visai neseniai Kalifornijos universiteto Los Andžele (JAV) specialistai kartu su kolegomis iš Kinijos ir Japonijos parodė, jog aukso nanodalelės, įmaišytos į šiuos organinius fotovoltinius elementus, ženkliai pagerina jų veikimo efektyvumą. Šį pokytį įtakoja plazmoninis reiškinys, padedantis padidinti saulės šviesos sugertį.
Darbe, kuris neseniai publikuotas žurnale „ACS Nano“, tyrėjų komanda, vadovaujama medžiagų mokslo ir inžinerijos profesoriaus Jango Jango (Yang Yang) iš Kalifornijos universiteto Los Andžele Henrio Samuelio inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos, parodo, kaip jie įmontavo aukso nanodalelių sluoksnį tarp dviejų saulės šviesą sugeriančių poelemenčių, kad būtų užtikrinta platesnė saulės spektro sugertis.
Mokslininkai aptiko, kad įterpę jungiamąjį aukso nanodalelių sluoksnį, jie sugebėjo padidinti energijos išgavimą maždaug 20 procentų. Aukso nanodalelės plonuose organiniuose fotovoltiniuose sluoksniuose sukuria stiprų elektromagnetinį lauką, sutelkiantį šviesą taip, kad poelemenčiai gali sugerti didesnį jos kiekį. Šio stipraus lauko atsiradimą įtakoja plazmoninis reiškinys.
Tyrėjų komanda yra pirmoji, kuriai pavyko sukonstruoti plazmoninį polimerų saulės elementą. Mokslininkams pavyko įveikti sunkumus, susijusius su metalo nanostruktūrų įmontavimu į įrenginio vidų.
„Mums pavyko sėkmingai pagaminti didelio efektyvumo plazmoninį polimerų saulės elementą paprasčiausiai tarp dviejų poelemenčių įterpiant aukso nanodalelių sluoksnį, – pasakoja J. Jangas. – Plazmoninis reiškinys, pasireiškiantis jungiamojo sluoksnio viduryje, gali tuo pačiu metu suaktyvinti tiek viršutinį, tiek apatinį poelemenčius. Tai užtikrina energijos surinkimo efektyvumo padidėjimą 20 procentų – nuo 5,22 iki 6,24 procento.“
Tyrėjų komandą taip pat sudarė Ksingas Vangas Žangas (Xing Wang Zhang) iš Kinijos mokslų akademijos Pekine Puslaidininkių instituto bei Ziruo Hongas (Ziruo Hong) iš Japonijos Jamagatos universiteto Mokslo ir inžinerijos mokyklos.
Eksperimentiniai ir teoriniai rezultatai rodo, kad efektyvumo padidėjimą lėmė aukso nanodalelių injekcija. Aiškėja, jog plazmoninis efektas gali dar labiau pasitarnauti konstruojant tobulesnius polimerų saulės elementus. Mokslininkų pasiūlytas metodas gali būti pritaikytas įvairioms polimerų medžiagoms, kurios leistų sukurti didelio efektyvumo, daugiasluoksnius saulės elementus.
