Впервые превышен «предел эффективности» солнечных батарей

Фото из открытых источников

Показатель предела эффективности солнечных батарей отражает продуктивность на квантовом уровне: это число возбужденных состояний, возникающих на один поглощенный фотон. Традиционно солнечные элементы имеют ограничения в рамках предела Шокли — Квайссера, из-за которого их максимальная эффективность составляет около 33%. Значительные потери энергии происходят в виде тепла.

Издание Scitech Daily рассказало о подробностях работы, позволившей обойти ограничение. Группой учёных был использован процесс синлетного деления (singlet fission), позволяющий разделить на две части энергию одного фотона, создавая одновременно два возбужденных состояния — экситона.

Химик Еити Сасаки из Университета Кюсю пояснил, что в распоряжении учёных имеется два базовых способа преодоления этого предела. Один состоит в том, чтобы преобразовывать инфракрасное излучение в видимое. Второй предполагает использование синлетного деления, для получения двух экситонов из одного фотона.

В эксперименте учеными была использована органическая молекула тетрацена, способная активно «расщеплять» энергию фотона. Но ранее основной проблемой считалось то, что энергия утрачивалась слишком быстро, её не успевали использовать.

Для решения этой задачи эксперты добавили соединения молибдена, металла, позволяющего улавливать и удерживать формирующиеся экситоны. В итоге на один поглощенный фотон стало приходиться в среднем 1,3 возбужденного состояния, то есть, квантовый выход стал заметно больше 100%.

Авторы работы уточняют, что молибдену в схеме отводится роль «излучателя со сменой спина», помогающего трансформировать скрытую энергию в свет и беречь её от потерь.

Новая технология пока ещё на ранней стадии: опыты велись в жидкой среде. Следующим должен быть шаг по созданию твердых материалов, что будут интегрироваться в реальные солнечные панели. Предстоит и решение проблемы достаточно долгого удержания энергии в системе, чтобы увеличить эффективность её использования.

Но уже сейчас работа продемонстрировала принципиальную возможность преодолеть фундаментальные ограничения солнечной энергетики. В недалёком будущем подобные технологии могут заметно повышать КПД солнечных батарей и ускорять переход к возобновляемым источникам энергии.