Tulevik terendab: uus päikesepatarei teeb telefoni laadimisest mineviku

Pilt on illustratiivne Foto: China Stringer Network/Reuters/Scanpix

Leiduritel õnnestus tõhustada vähese valgusega toimivaid päikesepatareisid sääraselt, et lähitulevikus võib nende tootmine ning kasutamine tööstuslikult mõttekaks osutuda. Seni hoidis vähese valgusega toimivaid elektrit tootvaid elemente tagasi nende sõltumine kallitest pooljuhtidest.

Sääraseid seadmeid nimetatakse hägustunud valguse päikesepatareideks, selle teatud vormid on tuntud ka kui dye-sensitized solar cells ehk DSSC. Esimesed odaval titaandioksiidil töötavad DSSC’d ehitas 1991. aastal Šveitsi teadlane Michael Grätzel. Need polnud aga kahjuks eriti töökindlad. Energeetikaalases teadusajakirjas Joule avaldatud uurimuses osales Grätzel isegi, muutes oma kunagise leiutise tunduvalt tõhusamaks, vahendab Science.

DSSC’d töötavad natuke erinevalt tavapärastest ränist valmistatud ereda valgusega toimivatest päikesepatareidest. Nimelt suudavad nad energiat püüda kinni päris efektiivselt vähese valguse korral, aga ereda päikese käes ei suuda need piisavalt kiiresti energiat haarata. See tegi niigi ebakindlate DSSC’de kasutamise ja tootmise tarbetuks.

DSSC’d kasutavad räni asemel valgusenergia püüdmiseks teisi aineid. Titaandioksiidil töötavatel mudeleil on need kaetud valgustundliku värvikihiga. Pigment püüab energiat valgusest ning titaandioksiidi molekulid loovutavad elektrone, mis püütakse patarei elektroodide abil kinni. Loovutatud elektroodide kohale jäävad niiöelda augud, elektroni puudumise punktid, mis samuti molekulilt molekulile liiguvad. Augud rändavad teise laenguga elektroodi poole, et seal uuesti elektron ringlusesse tuua.

DSSC’dega on probleemiks olnud nende aukude madal liikumiskiirus, mis hoiabki ereda päikese käes nende tõhususe madala 14 protsendi ligidal. Et saavutada aukude kiirem liikumine peab titaaniühendi kiht olema võimalikult õhuke. Iga väike ebaühtlus selles õhukese kihis põhjustab aga patareis staatilise laengu ning kogu süsteemi läbikõrbemise.

Grätzeli rühm töötas välja uue viisi kuidas pigment ning titaan omavahel siduda, et sellised ebaühtlused muutusid olematuks. Uus ainevorm on ka õhukeste kihtidena väga ühtlane ja tõstab hämaras valguses aparaadi tõhususe 32 protsendini. 32 protsendi kogu peale langeva valguse elektriks muundamine on väga lähedal teoreetilisele maksimaalsete efektiivsusele. Uus tehnika ei suuda eredast valguses ikkagi nõnda palju energiat toota kui selleks spetsiaalselt toodetud patareid. Kuid isegi sellised juhul on tunduvalt parandatud DSSC’de töökindlust.

Kui uus tehnoloogia peaks osutuma tööstuslikult mõttekaks, siis ei jää kaugesse tulevikku enam aeg, mil telefone ja muud argiaparatuuri ei pea enam laadima. Seadeldised võtavad endale ise vajaliku energia igal pool levivast vähesest valgusest.