Öreg moszat, új napcella technológia

Az Oregon Állami Egyetem (OSU) mérnökei egy 100 millió évre visszatekintő életforma segítségével alkotnák meg a legújabb napenergia hasznosítási technikát, olyan rendszereket hozva létre, melyek előállítása meglepően egyszerű a jelenlegi szilícium alapú napcellákhoz viszonyítva.

A titok a kovamoszatokban, más néven diatómákban rejlik. Ezek a parányi egysejtű tengeri életformák már a dinoszauruszok korában is léteztek. Egyik érdekességük az a szilícium-dioxid páncél, ami az elmúlt néhány évben egyre nagyobb figyelmet kapott, optimális formájával olyan nanoméretű szerkezetek hozhatók létre, amiknek a mesterséges megalkotása mindeddig komoly kihívásokat támasztott. A mérnöki munkát nem hi-tech eszközök, hanem a természet végzi, hatékonyabb, ugyanakkor olcsóbb módszert biztosítva a világ egyik legfejlettebb anyagának az előállításához.

A biológia alkalmazásával a hagyományos félvezető gyártási módszerek helyett, az OSU csapata a Portland Állami Egyetem kutatóival közösen megalkotott egy új módszert, amivel titán-dioxid alapú Gratzel-cellákat készíthetnek. A Gratzel-cellák az abszorpciós képességet festékkel növelő napcellák, a fotonok a festékekkel reakcióba lépve hoznak létre elektromosságot. Az új módszer valamivel költségesebbnek ígérkezik, mint a jelenlegi Gratzel-cellák előállításáé, azonban az így elérhető áramtermelés a háromszorosa lehet a hagyományos módszerrel kinyerhetőnek.

"A legtöbb jelenlegi napcella technológia a szilíciumon alapul és kezdi elérni fizikai korlátait" - mondta Greg Rorrer az oregoniak vegyészmérnök professzora. "Ugyanakkor elképesztő lehetőségek rejlenek a napenergia technológiák különböző más típusainak a fejlesztéseiben, és valószínű, hogy számos változat talál majd magának alkalmazási területet"

A Gratzel-cellák például a környezetre nézve jóindulatú anyagokat használnak, és bár teljesítményben még nem múlják felül a szilícium alapú napcellákat, egyik előnyük, hogy jól alkalmazhatók alacsonyabb fényviszonyok között is. Mivel gyártásuk során a felületkezelés illetve a festés munkafázisok az elsődlegesen jellemzők, a gyártási költségük alacsony, az oregoniak felfedezése pedig előrelépést ígér az előállítás leegyszerűsítése és az energiatermelés hatékonysága terén egyaránt. "Gratzel-cellák jelenleg is léteznek" - fűzte hozzá Rorrer. "A mi megközelítésünk az eszközök létrehozásához vezető lépésekben és a hatékonyságukban különbözik".


Kovamoszatok, kovasavpáncéljuk rendkívül ellenálló
Első lépésként a diatomákat egy átlátszó vezető üvegfelületre telepítik, majd az élő szerves anyagot eltávolítják, hogy csak a cikk elején említett páncél apró vázai maradjanak, melyek egy természetes sablont alkotnak. Ezután egy biológiai ágens alkalmazásával oldható titániumot ülepítenek rendkívül parányi titán-dioxid nanorészecskékké, ami egy félvezetőként viselkedő vékony hártyát képez a Gratzel-cellához. A természetes biológiai rendszerek alkalmazása bámulatos módon leegyszerűsíti a hagyományos módszerekkel nehezen kivitelezhető lépéseket, mindezt egyszerű és olcsó biológiai anyagokkal.

"A hagyományos fényérzékeny festékek szintén a napfényből veszik a fotonokat, melyeket a titán-dioxidra átvíve elektromosságot hoznak létre" - mondta Rorrer. "Ebben a rendszerben azonban a fotonok végig pattognak a kovamoszat páncéljának pórusaiban, ami az egész folyamatot hatékonyabbá teszi." A folyamat fizikáját még nem értik teljes egészében, a lényeg azonban hogy működik. A páncélban rengeteg apró pórus, nanoméretű reaktor található, ami elősegíti a különböző reakciókat, esetünkben a fotonok és a festék közötti kölcsönhatást, ami elősegíti a fény elektromossággá alakítását és fokozza a folyamat energiatermelését.