Istraživači iz Würzburga, koji rade na bavarskoj inicijativi Solar Technologies Go Hybrid, izvještavaju o napretku u korištenju solarne energije: razvili su inovativni sustav za prikupljanje svjetlosti. Da bi se sunčeva svjetlost učinkovito pretvorila u električnu energiju ili druge oblike energije, prvi korak je učinkovit sustav za prikupljanje svjetlosti. Idealno bi bilo da ovaj sustav bude panchromatičan, odnosno da apsorbira cijeli spektar vidljive svjetlosti. Prirodni modeli za to su antene za prikupljanje svjetlosti kod biljaka i bakterija. One prikupljaju širok spektar svjetlosti za fotosintezu, ali su vrlo složene u strukturi i zahtijevaju mnoge različite boje za prijenos energije apsorbirane svjetlosti na središnju točku. Ljudski razvijeni sustavi za prikupljanje svjetlosti također imaju nedostatke: Iako anorganski poluvodiči kao što je silicij apsorbiraju panchromatično, apsorbiraju svjetlost slabo. Za apsorpciju dovoljno energije svjetlosti potrebni su vrlo debeli slojevi silicija u mikrometarskom rasponu, što čini solarne ćelije relativno glomaznima i teškima. Organske boje pogodne za solarne ćelije su mnogo tanje: njihova debljina sloja iznosi samo oko 100 nanometara. Međutim, one jedva da mogu apsorbirati široki spektar svjetlosti i stoga nisu osobito učinkovite.

Tanki sloj apsorbira puno energije svjetlosti
Istraživači sa Julius-Maximilians-Universität (JMU) u Würzburgu, Njemačka, u časopisu Chem su predstavili inovativni sustav za prikupljanje svjetlosti koji se značajno razlikuje od dosadašnjih sustava. "Naš sustav ima strukturu pojasa sličnu onoj kod anorganskih poluvodiča. To znači da apsorbira svjetlost panchromatično preko cijelog vidljivog raspona. I koristi visoke koeficijente apsorpcije organskih boja. Kao rezultat toga, može apsorbirati veliku količinu energije svjetlosti u relativno tankom sloju, slično prirodnim sustavima za prikupljanje svjetlosti," kaže profesor kemije JMU Frank Würthner. Njegov tim s Instituta za organsku kemiju / Centra za nanosustave kemije dizajnirao je sustav za prikupljanje svjetlosti na JMU i istraživao ga zajedno s grupom profesora Tobiasa Brixnera s Instituta za fizičku i teorijsku kemiju.

Četiri boje u ingenioznom aranžmanu
Jednostavno rečeno, inovativna antena za prikupljanje svjetlosti iz Würzburga sastoji se od četiri različite merocijaninske boje koje su presavijene i tako složene jedna blizu druge. Složeni raspored molekula omogućuje ultrabrz i učinkovit prijenos energije unutar antene. Istraživači su prototipu novog sustava za prikupljanje svjetlosti dali ime URPB. Slova predstavljaju valne duljine svjetlosti koje apsorbiraju četiri komponente boje antene: U za ultraljubičastu, R za crvenu, P za ljubičastu, B za plavu.

Dokazana izvedba putem fluorescencije
Istraživači su dokazali da njihov novi sustav za prikupljanje svjetlosti radi tako dobro mjerenjem tzv. kvantnog prinosa fluorescencije. To uključuje mjerenje koliko energije sustav emitira u obliku fluorescencije. Time se mogu donijeti zaključci o količini svjetlosne energije koju je sustav prethodno prikupio. Rezultat: sustav pretvara 38 posto zračene svjetlosne energije u fluorescenciju preko širokog spektralnog raspona - četiri boje same za sebe, s druge strane, postižu manje od jedan posto do najviše tri posto. Prava kombinacija i vješt prostorni raspored molekula boje u sloju čine veliku razliku.

Izvor: Faculty of Chemistry and Pharmacy, Würzburg