Фундаментальное ограничение эффективности солнечных батарей преодолено

На протяжении многих десятилетий считалось, что любые попытки увеличения эффективности преобразования солнечной энергии в электричество упираются в «потолок» — фундаментальный предел Шокли-Квейссера, составляющий около 34% для однопереходных полупроводников.

В работе, описываемой в свежем выпуске журнала Nature, группа ученых MIT впервые продемонстрировала успешную реализацию принципа, позволяющего преодолеть этот барьер. Эта техника, так называемое разделение экситонного синглета (singlet exciton fission), была известна с 1960-х годов, но лишь как умозрительная идея, не имеющая практической ценности.

В стандартном фотоэлектрическом элементе каждый падающий фотон порождает только один свободный электрон, избыточная энергия бесполезно выделяется в форме тепла. Новая технология позволяет задействовать энергию фотона полностью для выбивания сразу двух электронов.

Ранее уже предпринимались попытки разделения энергии фотона, но для этого использовался ультрафиолет, который составляет относительно малую долю в излучении Солнца, достигающем земной поверхности. В новой работе разделение экситонов впервые осуществлено для света видимого диапазона, что открывает перспективы практической реализации технологии в солнечных батареях.

В эксперименте применялись органические солнечные элементы, на которые наносилось недорогое покрытие из материала под названием пентацен. Поскольку речь шла о первой проверке действенности принципа, полученная система специально не оптимизировалась и имеет эффективность преобразования энергии менее 2%.

Тем не менее, уверяют исследователи, главный барьер преодолен и дальнейшая оптимизация с достижением КПД более 30% не должна представлять принципиальной сложности. Напомним, что сегодняшние лучшие солнечные панели имеют эффективность на уровне 25% и борьба в этой отрасли ведется за десятые доли процента.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365