Обычные солнечные элементы на основе кремния имеют абсолютный предел общей эффективности. Теоретически, один фотон света должен иметь возможность сбрасывать только один электрон, даже если у фотона есть удвоенная энергия, необходимая для этого. Тем не менее, исследователи разработали новую технику, которая может помочь им удалить два электрона вместо одного с помощью фотонов высокой энергии.
Эти результаты уже были опубликованы в журнале Nature и проложили путь к более эффективной форме солнечной энергии. Обычные кремниевые силовые элементы обеспечивают абсолютную максимальную теоретическую эффективность преобразования солнечной энергии почти в 29,1%. Новый подход, разработанный годами исследователями из MIT и других организаций, может превысить этот предел.
Марк Бальдо, профессор электротехники и компьютерных наук по проекту, заявил в пресс-релизе, что ключ к удалению двух электронов с помощью фотона был получен из класса материалов, обладающих «возбужденными состояниями», известными как экситоны. Он сказал: «Эти энергетические пакеты распространяются как электроны в цепи. Вы можете использовать их, чтобы изменить энергию, вы можете разрезать их пополам, вы можете объединить их ».
Исследователи впервые запустили процесс, известный как деление синглетных экситонов. Это позволяет фотонам в солнечном свете делиться на два отдельных и независимо движущихся энергетических пакета. Материал поглощает фотон и образует экситон, который подвергается делению в двух возбужденных состояниях. Каждый из них имеет половину энергии исходного состояния. Настоящим подвигом ученых было то, что они смогли соединить эту энергию с кремнием, материалом, который определенно не является экситонным. Это было достигнуто путем добавления тонкого промежуточного слоя оксинитрида гафния на поверхность силикона. Этот слой имеет толщину всего несколько атомов.
По словам Бальдо, он служил «хорошим мостом» для возбужденных государств. Это позволило одному высокоэнергетическому фотону удалить два электрона в кремниевой ячейке. Это позволяет оборудованию теоретически достигать более высоких показателей энергии, получаемой от солнечного света. Новая теоретическая мощность, вырабатываемая солнечным элементом, теперь составляет 35%.
По словам Бальдо, для исследователей остается один шаг: «Нам все еще нужно оптимизировать кремниевые элементы для этого процесса». Команда должна работать над стабилизацией батарей с точки зрения долговечности и оптимизации их для совместимости с новым методом.
Что вы думаете об этом удивительном продвижении?
