Nově popsaný typ krystalů oxidu titaničitého by mohl se v budoucnu stát základem pro účinnější solární panely. Atomová struktura je v něm narušena póry. Ty usnadňují pohyb elektronů a zvyšují účinnost přeměny světelné energie na elektrickou.
Slovem nanočástice se označují velmi malé objekty z většího množství atomů, které se chovají jako jeden celek. Jejich velikost by se měla pohybovat od jednoho do deseti tisíc nanometrů, miliardtin metru. Nanočástice složené z oxidů kovů mají zajímavé fyzikální vlastnosti, proto se v poslední době hodně zkoumají. Mimo jiné se dají používat i k výrobě solárních článků. K tomu je potřeba vyrobit souvislou vrstvu materiálu, složenou z jednotlivých nanočástic namačkaných na sebe. Vrstva musí mít dostatečnou plochu, aby mělo smysl materiál průmyslově využívat.
Zároveň musí být schopná vést elektrický náboj. Právě vedení náboje je problém. Namačkané nanočástice mají velké množství styčných ploch, které vedení ztěžuje. Elektrony na nich bloudí a efektivita přeměny zářivé energie na elektrickou klesá. Řešením je vyrobit krystaly, které obsahují díry. Skupina fyziků, vedená Edwardem Crosslandem z Oxfordu, píše v časopise Nature o svém úspěchu v přípravě takových krystalů z oxidu titaničitého.
Silikonové lešení
Ideální velikost pórů v krystalu se pohybuje okolo desítek až stovek nanometrů. Zatím se ale dařilo vyrábět jen krystaly s póry okolo jednoho nanometru, což nestačí. Crosslandův tým dokázal připravit nanočástice s póry až tisíckrát většími. Podařilo se jim to navíc při relativně nízké teplotě - okolo pěti set stupňů Celsia. To znamená, že by se jejich krystaly daly bez větších obtíží používat v kombinaci s plasty. Šly by tak montovat do moderních elektronických hraček, jako jsou chytré telefony a tablety.
K přípravě nového materiálu použili vědci podpůrnou strukturu z atomů křemíku, na níž uchytili jádra budoucích nanočástic ve formě soli chloridu titaničitého. S pomocí další soli, fluoridu titaničitého je přeměnili na krystaly kýženého oxidu titaničitého. Silikonové lešení pak odstranili.
Test fotovoltaických vlastností děravých krystalů oxidu titaničitého dopadl úspěšně. Účinnost přeměny světelné energie na elektrickou vycházela 7,2 procenta. Ve srovnání s v některými v současnosti známými typy solárních článků je to málo. Účinnost nejlepších známých článků se pohybuje okolo čtyřiceti procent. Je to ale víc, než dosahují dosud známé články založené na nanočásticích.
Další přidané atomy
Pokud by postup prošel dlouhou cestou od laboratorního experimentu k průmyslově vyráběné technologii, účinnost článků by se pravděpodobně zvýšila. Podle vědců se nabízí spousta možností, jak články dál vylepšovat. Je například možné nahradit některé atomy v krystalické mřížce za jiné, nebo přidat další tenké vrstvy jiných kovů. Další příměse by mohly navýšit rozsah vlnových délek světla, které nově syntetizované krystaly zachycují. Energie světelných částic, fotonů, je nepřímo úměrná na jejich vlnové délce.
Vlnová délka určuje barvu. Čím je světlo fialovější, tím kratší má vlnovou délku a tím víc energie. Čím je červenější, tím vyšší má vlnovou délku a méně energie. Na oxid titaničitý působí ultrafialová oblast světelného spektra. Ultrafialové světlo má víc energie než viditelné. Zemskou atmosférou ho ale proniká málo. Výhodnější by bylo, kdyby články vyráběly elektřinu z viditelných vlnových délek.
