Femtosekundové lasery se prosazují v oblasti materiálových věd díky solární technologii, která umožňuje přeměnit sklo na polovodič.
Vzhledem k dostupnosti a rozšířenosti čirého skla ve světě se jedná o pozoruhodný průlom ve sběru světla se zajímavými důsledky pro obnovitelné zdroje energie. Prozatím je tento inovativní koncept zcela nový, ale jeho potenciál je tak obrovský, že se výzkumníci těší na další krok k zpřístupnění této technologie v širším měřítku.
Sklo by se mohlo stát účinným solárním panelem pro sběr energie
Vědci pracující v rámci spolupráce mezi Galatea Laboratory na Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) a týmem z Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) učinili pozoruhodný objev, když vystavili telluritové sklo femtosekundovému laserovému světlu.
Studii vede Gozden Torun z EPFL a točí se kolem její diplomové práce, která zkoumá účinky ultrakrátkých femtosekundových laserových světelných pulzů na atomy v teluritovém skle. Tyto pulzy vytvářejí ve skle nanorozměrné vzory krystalů telluru a oxidu telluru. Krystaly jsou polovodivé a tvoří se přesně v místě, kde se laser setkává se sklem.
Je zapotřebí pouze teluritové sklo a femtosekundový laser
Nejvýznamnějším objevem bylo zjištění, že zabudované krystaly mohou potenciálně generovat elektřinu, pokud jsou vystaveny slunečnímu záření. Yves Bellouard, který vede laboratoř Galatea na EPFL, vysvětlil tento koncept:
„Na základě tohoto zjištění jsme si položili otázku, zda by bylo možné na povrch telluritového skla napsat trvanlivé vzory, které by při vystavení světlu spolehlivě indukovaly elektřinu, a odpověď zní ano.“
V minulosti bylo k fungování fotovodivých povrchů zapotřebí spojení více materiálů, což komplikovalo a prodražovalo výrobní proces. Tento objev však zahrnuje pouze dvě složky, specializované sklo a laser, díky čemuž je proces přeměny skla na aktivní fotovodivý povrch efektivní a jednoduchý. Jednoduchý je i konečný výsledek: elektrický proud, který vzniká pod vlivem světla.
Tento průlom v oblasti telluritu a laserového světla není jedinou inovací, která v oblasti obnovitelných zdrojů energie budí pozornost. Solární panely budou brzy mnohem levnější díky objevu alternativního materiálu k platině, jejíž cena se pohybuje kolem 1 500 dolarů (v přepočtu 36 000 korun) za unci.
Experiment ukazuje slibné výsledky
Tým japonských odborníků z Tokyo Tech byl pověřen výrobou specializovaného skleněného materiálu telluritu, který EPFL potřebovala k tomu, aby mohla použít svou technologii femtosekundového laseru k úpravě struktury skla a analýze jeho fotovodivých vlastností.
Po vyleptání jednoduchého čárového vzoru na řezu telluritového skla o průměru jednoho centimetru ukázaly experimenty Gozdena Toruna povzbudivé výsledky. Pozorovala, že dokáže generovat proud v UV světle a ve viditelném spektru, a tato schopnost se spolehlivě udržela po několik měsíců.
Yves Bellouard z EPFL uvedl, že výsledky jsou „fantastické“, čímž mínil schopnost přeměnit sklo na polovodič pomocí světla. Povahu práce týmu označil za „transformační“ a přirovnal tento skok ve vědě ke „snu alchymisty“, kdy se materiály přeměňují do nových forem s obohacenými vlastnostmi.
Sklo hraje roli v technologii sběru energie a senzorové technologii
Je zřejmé, že vývoj v oblasti materiálové vědy má obrovský potenciál pro budoucnost sběru obnovitelné energie. Aplikace se rozšiřují i na technologii senzorů, což otevírá další cestu pro vývoj a inovace, když uvážíme, že okna a další skleněné konstrukce by mohly být jednoduchým a trvanlivým procesem přeměněny na sběrače světla nebo senzory.
Vědci z Oxfordské univerzity pracují na jiném druhu technologie, která dokáže proměnit stěny, auta a další objekty ve struktury sbírající energii pomocí flexibilního, ultratenkého materiálu pro solární články, který poskytuje 27% účinnost přeměny.