Ένας ερευνητής στην Ελβετία δημιούργησε πριν από 20 χρόνια έναν επαναστατικό τύπο ηλιακών κυψελών (DSC) που μπορούσαν να παραχθούν μέσω εκτύπωσης. Είχαν όμως υψηλό κόστος και παρήγαν ενέργεια χαμηλής τάσης. Ο ίδιος ερευνητής μαζί με ομάδα ειδικών έκανε βελτιώσεις στην αρχική ιδέα του.
Οι κυψέλες αυτές μπορούν τώρα να κατασκευάζονται μαζικά με χαμηλό κόστος, παράγοντας πλέον ηλεκτρική ενέργεια υψηλής τάσης.
«Ευαίσθητοι» νανοκρύσταλλοι
Τα DSC είναι νανοκρύσταλλοι που χρησιμοποιούν μόρια οργανικών βαφών για να απορροφούν το ηλιακό φως. Η ενέργεια του ηλιακού φωτός «σπρώχνει» ηλεκτρόνια προς τα νανοσωματίδια διοξειδίου τιτανίου επάνω στα οποία «κάθεται» η βαφή. Τα ηλεκτρόνια αυτά συλλέγονται από ηλεκτρόδια για να παραχθεί τελικά ηλεκτρικό φορτίο.
Τα DSC στην αρχική τους μορφή είχαν 11% καλύτερη αποδοτικότητα από τα συμβατικά φωτοβολταϊκά συστήματα πυριτίου. Όμως οι βαφές που απαιτούσαν για την απορρόφηση του ηλιακού φωτός περιέχουν άτομα ρουθηνίου, ένα ιδιαίτερα ακριβό μέταλλο.
Ταυτόχρονα ο μηχανισμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας βασιζόταν στη δημιουργία ιόντων ιωδίου τα οποία δεν «συνεργάζονται» αποδοτικά με τα μόρια των βαφών, με αποτέλεσμα να παράγεται ηλεκτρισμός χαμηλής τάσης.
Ο επανασχεδιασμός
Ο Μίκαελ Γκράτζελ του Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας στη Λωζάνη ο οποίος είχε κατασκευάσει τα πρώτα DSC αποφάσισε να κάνει βελτιώσεις σε αυτά και με τη βοήθεια ομάδας ειδικών τα κατάφερε. Οι ερευνητές επανασχεδίασαν το ηλεκτρικό κύκλωμα αλλά και τον μηχανισμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας των κυψελών.
Χρησιμοποίησαν διάφορα μόρια (όπως οργανικά μόρια που βρίσκονται σε άτομα κοβαλτίου) και άλλους χημικούς παράγοντες ώστε να οδηγήσουν σε καλύτερη, αποδοτικότερη συνεργασία των βαφών με το ηλεκτρικό κύκλωμα.
Τα βελτιωμένα DSC έχουν ελαφρώς καλύτερη αποδοτικότητα απορρόφησης του ηλιακού φωτός σε σχέση με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά συστήματα από τα προηγούμενα DSC. Το πιο σημαντικό όμως είναι ότι τα νέα DSC παράγουν ηλεκτρική ενέργεια δέκα φορές μεγαλύτερης τάσης από τα παλαιότερα.
Οι ειδικοί πιστεύουν ότι τώρα ανοίγει ο δρόμος για τη μαζική παραγωγή των βελτιωμένων DSC με χαμηλό κόστος. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».
