Wydajność kwantowa na ponad 100%
Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) poinformowali o stworzeniu pierwszego ogniwa słonecznego, którego zewnętrzna wydajność kwantowa wynosi ponad 100%. Dla fotoprądu wartość zewnętrznej wydajności kwantowej - podawaną w procentach - wylicza się na podstawie liczby elektronów przepływających przez obwód w ciągu sekundy podzielonej przez liczbę fotonów z określonej długości fali, wpadających w ciągu sekundy do ogniwa słonecznego. Dotychczas nie istniały ogniwa, których wydajność w jakimkolwiek zakresie fali przekraczałaby 100%. Uczonym z NREL udało się osiągnąć szczytową wydajność kwantową rzędu 114%. W przyszłości może to pozwolić na zbudowanie ogniw słonecznych, z których energia będzie równie tania, lub tańsza, od energii uzyskiwanej z paliw kopalnych czy energii jądrowej.
Mechanizm uzyskania wydajności większej niż 100% bazuje na procesie zwanym Multiple Exciton Generation (MEG), podczas którego pojedynczy foton o odpowiednio wysokiej energii tworzy więcej niż jedną parę elektron-dziura.
W roku 2001 pracujący w NREL Arthur J. Nozik przewidział, że MEG będzie lepiej działało w półprzewodnikowych kropkach kwantowych niż w zwykłych półprzewodnikach. Pięć lat później w pracy opublikowanej wraz z Markiem Hanną Nozik stwierdził, że kropki kwantowe użyte w ogniwach słonecznych mogą zwiększyć ich wydajność o około 35% w porównaniu z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami. Ogniwa bazujące na kropkach kwantowych nazywane się ogniwami trzeciej (lub kolejnej) generacji. Obecnie buduje się ogniwa pierwszej i drugiej generacji.
Zjawisko MEG, zwane też Carrier Multiplication (CM), zostało po raz pierwszy zaprezentowane w Los Alamos National Laboratory w 2004 roku. Od tamtej chwili wiele innych ośrodków badawczych potwierdziło jego występowanie w różnych półprzewodnikach. Teraz NREL zaprezentował MEG o wartości większej niż 100%. Badań dokonano przy niskiej intensywności symulowanego światła słonecznego, a mimo to eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%. To bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę fakt, że ogniowo nie było optymalizowane pod kątem wydajności.
Komentarze (23)
et, 21 grudnia 2011, 20:33
Publikowanie informacji o uzyskaniu sprawności urządzenia 114 procent świadczy tylko o braku rozsądnego myślenia autorów tej informacji. Proponuję zmierzyć wzrosty temperatury jakiegoś ciała na skutek oświetlania go np. przez minutę, a potem traktowania go przez minutę uzyskanym prądem. Gwarantuję, że sprawność nie przekroczy 100 procent.
mikroos, 21 grudnia 2011, 21:42
Oczywiście masz rację, ale... tylko w skali makro Na tym polega urok procesów kwantowych, że kpią one sobie z tradycyjnych obliczeń; w mikroświecie jak najbardziej możliwe są tego typu paradoksy, podobnie jak np. wydostanie się elektronu ze studni potencjałów, z której w makroświecie absolutnie żadne ciało nie powinno się wydostać. Podobnie w skali mikro możliwe jest np. jednoczesne istnienie obiektu w dwóch miejscach (a dokładniej: istnienie prawdopodobieństw jego istnienia) itd. W skali pojedynczych fotonów uzyskanie wydajności powyżej 100% jest więc jak najbardziej możliwe, co zresztą udowodniono tutaj doświadczalnie.
et, 21 grudnia 2011, 22:49
Są fizycy twierdzący, że foton i elektron nie istnieją, są tylko wymysłem. Cząstki materialne nie są w stanie przenikać przez siebie, zderza się je w akceleratorach. Światło i prąd to energia, więc foton i elektron mogą być co najwyżej najmniejszymi wykrywanymi jednostkami tej energii. Ich liczenie, to śmieszność analogiczna do podawanej przez japońską agencję kosmiczną, jakie ciśnienie wywierał 1 foton na ich żaglowiec Ikaros. A ogniwo słoneczne jest urządzeniem makro.
mikroos, 21 grudnia 2011, 23:01
"Światło i prąd to energia, więc foton i elektron mogą być co najwyżej najmniejszymi wykrywanymi jednostkami tej energii."
Co absolutnie nie wyklucza, że jednocześnie są to obiekty materialne, jeśli założyć, że masa jest formą energii. I przy tym założeniu (które jak dotąd spisuje się całkiem dobrze pomimo upływu czasu) jak najbardziej fotony i elektrony da się liczyć (oczywiście w formie statystyki, a nie poszukiwania pojedynczych cząstek).
"A ogniwo słoneczne jest urządzeniem makro."
Ale procesy zachodzące w nim są własnie mikro, I dlatego szczytowa (co jasno zaznaczono w publikacji) wydajność jak najbardziej może przekraczać 100%.
whiteresource, 21 grudnia 2011, 23:47
Widzisz ~mikroos jak mowisz do rzeczy, to popieram:) A Twoje rozumowanie ~et gubi logike, wyglada jakbyś poslugiwal sie pojeciami, ktore nie dokonca rozumiesz mięszasz jedne prawdy z innymi. Poniekąd nawet zatracasz rozumienie róznicy pomiedzy rzeczami policzalnymi i niepoliczalnymi... Widzisz - nauka wspolczesna ma to do siebie, że z jednej strony lubi ulepszac przecyzowanie szczególowe, ale z drugiej strony ulepszac rownież i precyzowanie ogólne. Dzieki temu coraz lepiej wiemy co badamy i jak to policzyc, jak usystematyzowac. To wlasnie nazywamy postępem nauki:)
krzysiek, 22 grudnia 2011, 00:06
Proszę czytać ze zrozumieniem ;-)
Nikt nie wspominał o sprawności 114%
et, 22 grudnia 2011, 09:47
Fale światła koloru zielonego i czerwonego różnią się częstotliwością. A czym się różnią ich fotony? Kolorem? Twierdzenie o dualizmie światła jest absurdem. Dowód, to: 1.Działanie lasera na żagiel, który porusza się na skutek impulsów lasera a nie jego ciągłego działania, więc ma miejsce odpychanie magnetyczne a nie mechaniczne ciśnienie. 2.Brak ruchu w oświetlanym w próżni radiometrze Crookesa. 3. Dotarcie w pobliże Wenus, czyli podróż w kierunku słońca żaglowca Ikaros. 4.Spadanie na Ziemię zamiast oddalania się żaglowca NanoSail-D2. Światło nie powoduje ciśnienia mechanicznego, jest wyłącznie falą elektromagnetyczną.
Założenie, jakoby masa była formą energii jest mega absurdem, świadczy o zatraceniu logiki w rozumowaniu. Masa jest atrybutem ciał materialnych, określa ją ilość elementarnych cząsteczek materii w tych ciałach jednostkami miary zwanymi kg. Jednostki energii, to nie kilogramy, można sprawdzić w tablicach matematyczno fizycznych.
Zewnętrzna wydajność kwantowa = sprawność urządzenia. Jeśli nie, to proszę określić, chociaż w przybliżeniu ile ta sprawność wynosi przy wydajności 114 procent.
Mariusz Błoński, 22 grudnia 2011, 11:25
Zauważ, że tu chodzi o tzw. fotoprąd. "Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości" - to z Wikipedii.
Na jednej z częstotliwości udało im się uzyskać efekt, dzięki któremu na 100 fotonów z fali o tej częstotliwości uzyskano 114 par elektron-dziura. Nie znaczy to jednak, że ze 100 W światła słonecznego uzyskano 114 W energii elektrycznej.
whiteresource, 22 grudnia 2011, 11:31
W takim razie samo przekroczenie 100% wydajnosci kwantowej nie stanowi przekroczenia żadnej "magicznej granicy", jest to raczej "naukowy bełkot" służacy tylko zjednaniu sobie opinii publicznej dla uzyskania dalszych srodkow na pracę naukową. Po prostu każdy chwyt jest tu dobry, a dla laikow mowienie o przekroczeniu jakiejs granicy 100% - to może skutkowac;) Chociaż widac, że na pana ~et wywarło nieco odmienny wpływ:)
Webby, 22 grudnia 2011, 13:03
@et Ciśnienie mechaniczne wywierane przez światło jest faktem, podobnie jak dualizm. Z faktami się nie dyskutuje. Można spędzić czas na bardziej pożytecznych działaniach.
et, 22 grudnia 2011, 20:07
Jajcenty, 23 grudnia 2011, 07:43
Notka podaje sposób liczenia wydajności kwantowej: liczba elektronów/liczba fotonów.
Dość często mamy do czynienia ze sprawnościami większymi od 100%, kotły kondensacyjne, pompy ciepła - trzeba tylko sprawdzić co jest w mianowniku
et, 23 grudnia 2011, 16:54
Informując o sprawności kotłów kondensacyjnych i pomp ciepła powyżej 100 procent piszesz o sprawności wirtualnej a nie rzeczywistej, bo wynikającej ze sposobu liczenia przez producentów.
waldi888231200, 24 grudnia 2011, 00:23
Świat kwantowy jest pozornie tylko taki zaskakujący , bierze się to z przyglądania rzeczom tak drobnym i z taką dokładnością pomiaru że zupełnie nie myśli się kategoriami rozsądku (przecież bez przerwy laboratoria są przenikane przez miliardy neutrin , tysiące mionów, cząstki z kosmosu, fotony gama z rozpadów naturalnych i nawet elektryzujący się fartuch naukowca może odginać tory cząstek zaburzając to czemu się przygląda).
Inaczej i krócej : jak Niutonowi jabłko spadało to odziaływania mikroświata nie miały większego znaczenia , ale kiedy przyglądasz się mikroświatowi to już ich lekceważyć nie można bo to prowadzi do fantastycznych wyników.
Jeśli myśleć logicznie to trwałe podniesienie temperatury całej półkuli północnej o 1% to miliardy ton zaoszczędzonej ropy, węgla, czystsze powietrze (tak tak wiem że nie o złapanie króliczka chodzi).
krzysiek, 25 grudnia 2011, 20:56
Zastanawiam się ile osób wypowiadających się tutaj zna (znało wcześniej bądź znalazło w internecie) definicje wydajności kwantowej. http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3929568 - tutaj podają, że może mieć ona wartość nawet 10^7 więc wynik rzędu 10^2 nie powinien wzbudzać większego zainteresowania zwłaszcza, że sprawność samych ogniw, porównując z ogniwami 1 generacji, jest w dalszym ciągu kiepska.
wilk, 25 grudnia 2011, 22:52
Powód jest prozaiczny – trajektoria została tak dobrana, że sonda tak czy tak by poleciała w kierunku Wenus, niezależnie od sprawności żagla, o czym są wzmianki, ale kto by tam czytał, łatwiej spierać się z naukowcami. Poza tym żagiel dostarczył tylko część pędu i tylko tego tyczył się eksperyment. Ot kolejna teoria spiskowa obalona. A tego jak działa żagiel, z której strony ma być wiatr itd. chyba tłumaczyć nie potrzeba. ;-)
http://www.nature.co...ws.2011.68.html
http://events.eoport...0/10002509.html
http://planetary.org...ticle/00002827/
et, 27 grudnia 2011, 01:59
Na stronie http://events.eoportal.org/presentations/330/10002509.html jest schemat kontroli położenia Ikarosa przez urządzenia ciekłokrystaliczne, a na stronie http://pl.wikipedia.org/wiki/Radiometr_Crookesa obraz urządzenia Crookesa. W obu przypadkach zasada działania jest ta sama i jest ona podstawą do kwestionowania twierdzeń naukowców. Niestety, żagiel słoneczny żadnego napędu nie dostarcza.
Jajcenty, 27 grudnia 2011, 07:09
Nie rozumiem. Kwestionujesz istnienie ciśnienia światła bo radiometr Crooksa działa inaczej niż się spodziewano?
wilk, 27 grudnia 2011, 16:59
Przykro mi, ale teoria poległa pod własnymi argumentami. Za wiki:
Podczas gdy wyniki eksperymentu z IKAROS i wyraźnie obserwowany dryf położenia w przypadku rotacyjnego systemu manewrowania: http://events.eoport...aros_AutoE.jpeg oraz wychwytu fotonów http://events.eoport...aros_AutoD.jpeg
et, 27 grudnia 2011, 21:53
By być zrozumiałym: Urządzenia ciekłokrystaliczne na Ikarosie miały powodować ciemnienie fragmentu żagla i w tym miejscu ciśnienie światła miało być mniejsze, niż w miejscach jasnych powodując zmianę kierunku ruchu żaglowca. W radiometrze skrzydła wiatraczka z jednej strony są ciemne, z drugiej jasne i światło pada na połowę skrzydeł, która jest wtedy ciemna i równocześnie na tą połowę, która jest wtedy jasna. Ciśnienie światła padającego na jasną część wiatraczka ma być większe od ciśnienia na ciemnej jego połowie i powodować obracanie wiatraczka w kierunku przeciwnym pokazanemu na stronie WWW. Brak ruchu wiatraczka na skutek oświetlania go po wypompowaniu powietrza z radiometru świadczy o tym, iż nie ma różnego ciśnienia światła padającego na ciało materialne ze względu na jego barwę (ciemną lub jasną). Świadczy też o tym, że niemożliwe było manewrowanie Ikarosem przez ściemnianie części żagla, że komunikat agencji Jaxa o pomyślnym przeprowadzeniu testu manewrowania żaglowcem był laniem wody, zwyczajnym kłamstwem. A brak różnego ciśnienia światła ze względu na barwę ciała na które pada można wyjaśnić tylko przyznaniem, iż światło nie wywołuje ciśnienia mechanicznego.
waldi888231200, 28 grudnia 2011, 04:07
Myślę że się mylisz, 20 000 czerwonych fotonów biegnących z przeciwka zatrzymuje ruch atomu sodu (któraś tam nagroda Nobla) , eksperyment się nie powiódł ponieważ obecność olbrzymiej ilości fotonów światła widzialnego i UV spowodowała tunelowanie żagla na poziomie atomowym tym samym utracił obserwowalną wydajność (zrobił się przeźroczysty dla światła) dodatkowo część elektronów została usunięta przez plazmę słoneczną (został odarty z elektronów które mogły pochłonąć odpowiednią długość fali wszak to one (ich orbity) stanowią sensowną powierzchnię samo jądro to bardzo maleńka rzecz).
et, 28 grudnia 2011, 11:33
Użytkownik Jajcenty dnia 27 grudzień 2011 – 06:09 napisał
Nie rozumiem. Kwestionujesz istnienie ciśnienia światła bo radiometr Crooksa działa inaczej niż się spodziewano?
Tak..Radiometr stwierdza, że padając na jasną powierzchnię ramion wiatraczka światło nie ciśnie mocniej, niż padając na ciemną powierzchnię. Można to wyjaśnić logicznie tylko przyznaniem, że światło nie wywołuje ciśnienia mechanicznego.
Webby, 28 grudnia 2011, 12:20
@et: polecam kawałek tej prawie już 100-letniej historii: http://dujs.dartmouth.edu/2002S/pressureoflight.pdf