05.07.2019

Теоретичну межу ККД кремнієвих сонячних панелей подолано

Дослідники з MIT змусили один фотон вибивати одразу два електрона, що збільшило теоретичний максимум ККД з 29,1 до 35%. Автори відкриття сподіваються, що подальші експерименти ще більше збільшать ці цифри.

Традиційно вважається, що ефективність стандартних кремнієвих фотоелементів не може перевищувати 29,1%. Почасти це пов'язано з тим, що кожен фотон може вибити тільки один електрон, навіть якщо його енергії досить для взаємодії з двома. Вчені вже кілька десятиліть намагаються подолати це обмеження.

Дослідникам з Массачусетського технологічного інституту вдалося домогтися прориву в цьому напрямі. Як повідомляється, ще шість років тому члени команди довели можливість вибивання двох електронів одним фотоном. Однак в тих дослідах використовувався малоефективний органічний фотоелемент.

Тепер же вченим вдалося повторити цей ефект в кремнієвій сонячній батареї. Саме вони зараз найбільш поширені.
Ключем до вирішення завдання став клас матеріалів, що містять порушені квазічастинки екситон. Під їх впливом енергія одного фотона розділяється на два незалежних енергетичних пакети. Цей процес відомий як синглетний розподіл екситону.

Найскладнішим було зв'язати енергію екситонів з кремнієм - неекситонним матеріалом. Попередні дослідження буксували саме на цьому етапі. Команда з MIT домоглася успіху за рахунок додавання найтоншого проміжного шару між поверхневим шаром з тетрацена і кремнієвим сонячним елементом. Цей перехід товщиною всього кілька атомів складається їх оксинитриду гафнію.

Об'єднавши три елементи, дослідники подвоїли кількість енергії, виробленої сонячним світлом в синьо-зеленій частини спектру. Це означає збільшення теоретичного максимуму кремнієвих фотоелементів з 29,1% до 35%.

Автори розробки зазначають, що її комерційне використання розпочнеться не раніше, ніж через кілька років. До цього належить оптимізувати використовувані кремнієві елементи і протестувати отримані пластини на міцність. Вони також сподіваються, що подальші дослідження, наприклад, в галузі управління властивостями оксинитриду гафнію, можуть додатково підвищити ККД фотопанелей.

Джерело