Wyobraźmy sobie, że już za kilka lat nasze rachunki za prąd obniżą się o kilkadziesiąt procent, a to wszystko dzięki temu, że zastąpimy zwykłe okna oknami nanoPV. Czym jest okno nanoPV? Na pierwszy rzut oka nie będzie się ono różnić od zwykłego okna. Przezierne, zapewniające izolację termiczną i całkowicie bezpieczne w użytkowaniu, jednak będzie czymś znacznie więcej niż tyko oknem – będzie to nasza prywatna elektrownia. Okna które zasilą nasz telefon, laptop, lodówkę to już nie odległa przyszłość to teraźniejszość.
Zapotrzebowanie na energię elektryczną stale rośnie, coraz większa część naszego życia zależna jest od urządzeń które wymagają zasilania. I tu z pomocą przychodzą nowe technologie i nauka. Prąd elektryczny może być wytwarzany wszędzie tam gdzie mamy światło. Przyszłością są transparentne ogniwa fotowoltaiczne, które były w obszarze zainteresowania od wielu lat, a perspektywa ich wykorzystania zmieniłaby całkowicie podejście do odnawialnych źródeł energii. Materiały wykorzystywane do tej pory w fotowoltaice nie pozwalały jednak na realizację tego celu. Fotowoltaika od zawsze kojarzy nam się z ciemnymi ogniwami, które ciężko wyobrazić sobie jako substytut zwykłej szyby, dlatego też instalowane są one w specjalnie przygotowanych do tego konstrukcjach tylko w odpowiednich miejscach (na dachach, przed budynkami, itp.). Dopiero najnowsze osiągnięcia nauki w dziedzinie nanomateriałów otwierają nowe możliwości. Wykorzystanie powierzchni okien, przeszkleń na budynkach, dzięki zastosowaniu nanomateriałów staje się nareszcie możliwe. Innowacyjny materiał – kropki kwantowe, które coraz częściej zastępują inne materiały w wielu dziedzinach, takich jak elektronika, medycyna, biotechnologia, rewolucjonizuje fotowoltaikę. Ich zastosowanie w fotowoltaice wydaje się być koniecznością, biorąc pod uwagę ich wyjątkowe właściwości.
Kropki kwantowe – przyszłość fotowoltaiki
Co kryje się pod tajemniczą nazwą kropka kwantowa i czym ona właściwie jest? Otóż kropki kwantowe to małe półprzewodniki o rozmiarach rzędu kilku, kilkudziesięciu nanometrów (1 nanometr=0,000 000 001 m) zdolne do pochłaniania i emitowania promieniowania elektromagnetycznego (światła). Półprzewodniki opanowały nasz świat, świat elektroniki: tranzystorów, procesorów, układów scalonych. Nasza technologia wymaga stosowania półprzewodników, a kropki kwantowe są najbardziej innowacyjnym i niezwykłym półprzewodnikiem. Swoje zalety zawdzięczają między innymi rozmiarowi. Dzięki temu, że są tak małe są niewidoczne i nawet przy użyciu mikroskopu optycznego nie sposób je zaobserwować. Możemy niemalże dowolnie manipulować rozmiarem i kształtem kropek kwantowych wpływając na ich właściwości tak, by dopasować je do naszych potrzeb. Mogą działać jak filtry wycinając np. szkodliwe promieniowanie UV czy nadmierną ilość IR. Mogą świecić w dowolnym kolorze i z intensywnością przewyższającą wszystkie inne technologie. Są potencjalnie najlepszym materiałem do stworzenia komputera kwantowego. Wykorzystywane są w medycynie i biologii do obrazowania oraz transportowania leków. A teraz zaczynają odgrywać coraz istotniejszą rolę w fotowoltaice.
A co z materiałami konkurencyjnymi?
Kropki kwantowe absorbują więcej i w szerszym zakresie aniżeli najbardziej popularny półprzewodnik w fotowoltaice – krzem. Ponadto nie tracą sprawności z upływem czasu i są odporne na warunki atmosferyczne. I przede wszystkim mogą być zupełnie transparentne. Coraz częściej mówi się o materiałach perowskitowych jako przyszłości fotowoltaiki, jednak i w tej rywalizacji kropki kwantowe mają przewagę. Kropki kwantowe i perowskity mogą być równie łatwo nakładane na powierzchnie, równie tanie w wytwarzaniu, jednak na tym kończą się podobieństwa. Kropki kwantowe są stabilniejsze, a to oznacza, że nie ulegają degradacji, mogę być całkowicie przezierne lub mieć ustalony kolor co w przypadku materiału perowskitowego jest niemożliwe, nie muszą zawierać pierwiastków szkodliwych. Ponadto kropki kwantowe mogą również świecić. Technologie związane z nanomateriałami rozwijają się bardzo szybko i ciągle odkrywamy nowe interesujące i praktyczne właściwości tego nowego typu materiału.
Czy naprawdę nie mają wad?
To co jest ich wielką zaletą może też być ich słabością, a mianowicie nanometryczny rozmiar. Przez to, że są tak małe, do pracy z nimi potrzeba specjalistycznych urządzeń, ale i ta przeszkoda dzięki m.in.: mikroskopii elektronowej nie stanowi już bariery. Postęp technologiczny pozwala nam na wykorzystywanie i aplikację nowych materiałów do poprawy naszego życia. Można się spodziewać, że nanomateriały takie jak kropki kwantowe, w końcu wyprą materiały dziś powszechnie używane.
Kropki kwantowe to nie tylko prąd
Transparentna szyba fotowoltaiczna nie tylko będzie dawała prąd, będzie również mogła świecić – emitować światło w dowolnym kolorze. Dzięki zastosowaniu kropek kwantowych możliwe będzie całkowite wycięcie szkodliwego promieniowania UV oraz ograniczenie ilości promieniowania IR docierającego do pomieszczenia. Ponieważ kropki kwantowe są bardzo małe, ich zastosowanie niemalże nie zmieni wagi samej szyby, a zatem nie ma potrzeby modyfikacji już istniejących konstrukcji.
Technologia na przyszłość
Technologie oparte na nanomateriałach rozwijają się bardzo prężnie i można spodziewać się, że w nieodległej przyszłości nanomateriały będą nieodzowną częścią naszego życia w każdej niemalże dziedzinie. Dzięki zastosowaniu kropek kwantowych będzie można dowolną powierzchnię zamienić w ogniwo fotowoltaiczne. Te nanometryczne półprzewodniki dzięki swojej budowie mogą same już być złączem p-n, jedyne czego będzie potrzeba to elektrod zbierających. Można będzie np. w spodniej części telefonu pod szybą zamontować cienką warstwę kropek i w ten sposób zasilać swój telefon wystawiając go na promienie słoneczne. A to tylko jedna z wielu możliwości jakie dają nam kropki kwantowe w kontekście generacji energii.
