A Grätzel-cellák feltalálójáé az idei Millenium-prize

A harmadik generációs festék érzékenyített napelemek kifejlesztéséért a svájci Michael Grätzel nyerte a Finn Technológiai Akadémia idei nagydíját, a nyolcszázezer euróval járó Millennium Prize-t. A finn állam és a finn nagyvállalatok által támogatott díjért – amit bevallottan technológiai Nobel-díjként szeretnének elfogadtatni a világgal – hárman voltak versenyben a döntésig. A díjkiosztón és az azt megelőző Millenium-prize week-en a TÚK és az EUSJA jóvoltából e sorok írójának is volt szerencséje részt venni.

A díjat – amelyet a globális gondok megoldásában eredményes innovációért kétévente ítélnek oda a világ csaknem minden országából kandidáló tudósok egyikének – negyedszer adta át a finn köztársasági elnök, Tarja Hanonen a helsinki operaházban. Több száz tudós pályázott a rangos elismerésre szerte a világból, közülük végül hármat – Richard Friendet, Steven Furbelt és Michael Grätzelt – jelölt az 1,1 millió euró (több mint 300 millió forint) összdíjazású rangos elismerésre a 24 tagú nemzetközi döntőbizottság.

A brit Friend professzor organikus LED-ekkel – informatikában, szórakoztatóelektronikában, mobiltelefonokban egyaránt alkalmazható félvezetőkké alakított polimerekkel – pályázott, az ugyancsak brit Furbel professzor pedig az ugyanezen területen alkalmazott szilikon alapú, ARM 32 bites RISC mikroprocesszorokkal kandidált. Míg az előbbi professzor az organikus LED-ekkel új utakat nyitott, addig utóbbi olyan megoldással jelentkezett, amelynek prototípusát 1985-ben fejlesztette ki, s amelynek alapján már húszmilliárd csipet gyártottak szerte a világon. A két professzor munkásságát 150-150 ezer euróval díjazta a nemzetközi bizottság javaslata alapján a Finn Technológiai Akadémia, a 800 ezer euróval járó fődíjat Michael Grätzelnek, a harmadik generációs színérzékeny napelem kifejlesztőjének ítélték oda.

A díjkiosztó ünnepségen Ainomia Haarla, a Finn Technológiai Akadémia elnöke a döntést indokolva elmondta, a világ egyik legnagyobb problémája, milyen egyszerűen és olcsón hozzáférhető alternatív energiával lehet kiváltani a környezetszennyező és fogyóban lévő fosszilis energiahordozókat. A napfény korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló napfény energiájának felhasználása e problémára kézen kézenfekvő megoldásként kínálkozik. A Grätzel által kidolgozott festék érzékenyített cellák, mivel a napenergia olcsó és egyszerű felhasználását ígérik, nagy előrelépést jelentenek ennek az energia forrásnak az olcsó és tömeges hasznosításában. Annál is inkább, mert a svájci tudós által kifejlesztett eljárásnak az elektrokémiai cellák használhatóságát korábban nagyban korlátozó fotokorrózió problémájára is van válasza.

?Az elektrokémiai cella a megoldatlan fotokorrózió miatt sokáig csak tudományos érdekesség maradt. A nagyobb tilossávú félvezetôk, mint a TiO2 (Eg = 3,2 eV) ugyan stabilak a fotokorrózióval szemben, de a napfényre gyakorlatilag átlátszóak, ezért energiahasznosításuk igen csekély. Az áttörést a festékérzékenyített, a felfedezôje után Grätzel-cellának nevezett, konstrukció hozta. Alapja egy optikailag gerjeszthetô ruténium alapú festékanyag. Az újfajta konstrukció szerint TCO-val ellátott üvegre visznek fel porózus TiO2-t. Erre a nagy felületű nanostruktúrára viszik fel a fényt abszorbeálni képes festéket. Az áramkört jodid alapú elektrolit és az azt befedô szintén TCO-val borított üveg zárja. Az igen nagy felület miatt az abszorpció gyakorlatilag teljes. A teljes réteg csak néhány im vastagságú. A gerjesztés hatására az elektronok aktiválódnak a festékben. Ez az energiaállapot magasabban van, mint a TiO2 vezetési sávja. Az elektronok a festék gerjesztett sávjából a TiO2 vezetési sávjába injektálódnak. Az injektálódásnak gyorsabban kell lezajlania, mint a festékben a rekombinációnak [4]./fizikai szemle 2006/9 Nemcsics Ákos/

A Gratzel-napelem egy viszonylag új osztálya az alacsony áru, költséghatékony napelemeknek, amelyet a vékony-film rétegű napelemekhez sorolnak. A technológia egy félvezetőn alapul, ami egy foto-érzékeny anód és egy elektrolit oldat között található, ezt fotoelektrokémikus-rendszernek nevezzük.A cellát Michael Grätzel és Brian O’Regan találta fel (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) 1991-ben, ez a napcella ismert, mint: Grätzel cella.

A cella nagy ígéretekkel kecsegtet, mivel alacsony költségű valamint nincs szükség nagy és bonyolult eszközökre a gyártásához, gyártási technológiája és felhasználása miatt környezetkímélő. Korunk egyik égető problémájára szolgál(hat) megoldást, a megújuló energiaforrások minél nagyobb szintű kiaknázásra. A cella további előnye, hogy rugalmas és vékony, ez együtt jár a súlycsökkenéssel, valamint egy jégeső, már nem képes nagy károkat okozni benne.

Habár a hasznosítási értéke nem a legjobb kategóriájában, mégis ár/érték aránya (kWh/m2/év/dollár) elegendő ahhoz, hogy vetélytársa legyen a fosszilis tüzelőanyagoknak. A kereskedelmi felhasználása eddig akadályozott volt vegyi stabilitási problémák miatt, mára megoldódott és az Európai Unió napenergia felhasználási kezdeményezésében (2020), már leendő ‘partnernek’ tekintik. /forrás: Biokémia blog/

A Michael Grätzel által kifejlesztett harmadik generációs festék érzékenyített napelemek a növények levelében zajló fotoszintézishez hasonlóan működnek, de e folyamat idején nem oxigén vagy szén-dioxid, hanem hidrogén szabadul fel, és mód van az energia kémiai módszerekkel való raktározására is. A rendszer hatékony, mert a festékérzéknyítő eljárás megnöveli a cella abszorpciós képességét. A cella, ami tulajdonképpen egy filmréteg, könnyen kezelhető, akár a házak ablaküvegén, akár egy válltáska külső részén elhelyezve képes energiát termelni.

Michael Grätzel a róla elnevezett napelemek – Grätzel-cellák – alkalmazási lehetőségeiről nyilatkozva elmondta, segítségükkel olcsóbb víztisztító technológiák fejleszthetők ki, felhasználhatók a mezőgazdaságban, élelmiszeriparban állandó hőmérséklet tartására, és persze világításra, háztartási eszközök működtetésére lakáson belül és kívül. Úgy fogalmazott, a napenergia tömeges hasznosítása nem a távoli jövő, hanem a jelen, ami régóta kopogtat az ajtónkon.

Dombi Margit

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s