Հետազոտողների միջազգային խումբը պատմության մեջ առաջին անգամ հասել է արևային էլեմենտների ավելի քան 100% քվանտային արդյունավետության: Փորձի ընթացքում նրանց հաջողվել է ստանալ 130% մակարդակի քվանտային ելք: Արդյունքները հրապարակվել են Journal of the American Chemical Society (JACS) ամսագրում:

Ի՞նչ է նշանակում «գերազանցել սահմանը»

Սովորական սիլիցիումային արևային մարտկոցները սահմանափակված են այսպես կոչված Շոկլի-Քվայսերի սահմանով, համաձայն որի՝ դրանց առավելագույն տեսական արդյունավետությունը կազմում է մոտ 33%: Արևի լույսի էներգիայի մեծ մասը դրա պատճառով կորչում է ջերմության տեսքով:

Գիտնականները վաղուց են փնտրում այս հիմնարար սահմանափակումը շրջանցելու ուղիներ: Ամենահեռանկարային ճանապարհներից մեկը սինգլետային տրոհման (singlet fission) գործընթացն է: Դրա ժամանակ մեկ կլանված ֆոտոնի էներգիան բաժանվում է երկու մասի, ինչի արդյունքում մեկ գրգռված վիճակի (էքսիտոնի) փոխարեն առաջանում է միանգամից երկուսը:

Ինչպե՞ս հաջողվեց հասնել 130%-ի

Կյուսյուի համալսարանի քիմիկոս Էիիտի Սասակիի գլխավորած թիմը օգտագործել է տետրացենի օրգանական մոլեկուլը, որը լավ է տրոհում ֆոտոնի էներգիան: Սակայն նախկինում հիմնական խնդիրն այն էր, որ առաջացած էքսիտոնները շատ արագ կորցնում էին էներգիան և չէին հասցնում օգտագործվել:

Լուծումը դարձավ մոլիբդենի միացությունների ավելացումը: Այս մետաղը հանդես եկավ որպես «սպինի փոփոխությամբ ճառագայթիչ», որն արդյունավետորեն որսում և պահում է էքսիտոնները տրոհումից հետո՝ կանխելով դրանց կորուստը:

Փորձի արդյունքում մեկ կլանված ֆոտոնին միջինում բաժին է ընկել 1,3 գրգռված վիճակ. քվանտային ելքը կազմել է 130%:

«Մենք ունենք այս սահմանը հաղթահարելու երկու հիմնական եղանակ: Մեկը ինֆրակարմիր ճառագայթումը տեսանելիի վերածելն է: Երկրորդը՝ սինգլետային տրոհման օգտագործումն է, որպեսզի մեկ ֆոտոնից ստանանք երկու էքսիտոն», — պարզաբանել է Էիիտի Սասակին:

Ի՞նչ է սպասվում հետո

Առայժմ տեխնոլոգիան գտնվում է վաղ փուլում. բոլոր փորձերն անցկացվել են հեղուկ միջավայրում: Հաջորդ կարևոր քայլը անցումն է պինդ նյութերին, որոնք հնարավոր կլինի ինտեգրել իրական արևային վահանակների մեջ: Նաև անհրաժեշտ է լուծել էներգիան բավականաչափ երկար պահելու խնդիրը, որպեսզի այն հնարավոր լինի արդյունավետորեն վերածել էլեկտրականության:

Չնայած սրան՝ աշխատանքը ցույց է տալիս արևային էներգետիկայի հիմնարար սահմանափակումների հաղթահարման սկզբունքային հնարավորությունը:

Կարճ ասած

Գիտնականներն առաջին անգամ գերազանցել են Շոկլի-Քվայսերի սահմանը՝ հասնելով արևային էլեմենտների 130% քվանտային արդյունավետության: Օգտագործելով սինգլետային տրոհման գործընթացը տետրացենի մոլեկուլներում և ավելացնելով մոլիբդենի միացություններ էքսիտոնների պահպանման համար՝ հետազոտողները մեկ ֆոտոնից ստացել են միջինում 1,3 գրգռված վիճակ: Թեև տեխնոլոգիան դեռ լաբորատոր փուլում է, այն ուղի է հարթում ապագայում արևային մարտկոցների արդյունավետության զգալի բարձրացման համար: