Найдет метод, позволяющий получать более продуктивные солнечные батареи

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Принстонского университета продемонстрировали в статье для журнала Nature метод, позволяющий получать в результате взаимодействия кремния с высокоэнергетичным фотоном два свободных электрона вместо одного. Это достижение открывает перспективы создания нового типа солнечных батарей, эффективность которых превосходит абсолютный теоретический предел в 29,1%, вычисленный для элементов, работающих по традиционной схеме.

Идея такого устройства была предложена ещё в 70-х годах прошлого века, но потребовалось четыре десятка лет, чтобы воплотить эту идею в работающем прототипе.

Верхний слой, состоящий из органического фотоэлектрика тетрацена, поглощает фотон с образованием одного экситона, который затем быстро подвергается делению на два возбужденных состояния, два независимо движущихся пакета энергии, каждый с половиной энергии исходного состояния.

Но самым сложным оказалось передать эту энергию в кремний, неорганический материал, который превосходит тетрацен по фотоэлектрической эффективности, однако не является экситонным.

Работа показала, что для такой передачи энергии ключевым является то, что происходит на поверхности материала, а не в его объёме. Более конкретно, нужный ответ был найден в виде тонкого (толщиной в несколько диаметров атома или 8 ангстрем) промежуточного слоя, разделяющего кремниевый солнечный элемент и слой тетрацена с его экситонными свойствами.

В конечном итоге автором удалось обнаружить оптимальный материал для этой прослойки. Им оказался оксинитрид гафния и именно он помог заставить процесс работать и добиться успеха там, где многие исследователи потерпели неудачу.

Удвоение объёма электроэнергии, получаемой из прежнего количества солнечного света в голубой и зелёном участках спектра, позволит увеличить КПД солнечного элемента с теоретического максимума в 29,1% вплоть до 35%. Для получения наибольшего эффекта необходимо сначала добиться максимально возможной эффективности от кремния и от нового материала, однако главная проблема совместного функционирования этих двух материалов теперь успешно преодолена.

Коммерческих продуктов, по мнению учёных, следует ожидать через несколько лет, которые будут потрачены на оптимизацию компонентов новых солнечных батарей, уменьшение их толщины и увеличение эксплуатационной долговечности.