Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances. Как рассказал профессор университета Гронингена Максим Пшеничников, по предварительным расчетам эффективность солнечных элементов может увеличена на 25-30 процентов.
В отчете Международного агентства по возобновляемым источникам энергии говорится, что к 2050 году солнечная энергия станет вторым по значимости источником энергии в мире после ветроэнергетики. Благодаря использованию альтернативных технологий наряду с мерами экономии можно будет сократить выбросы CO2 до 70 процентов от уровня 2020 года.
Солнечные панели быстро дешевеют. Кроме того, ученые постоянно работают над их усовершенствованием. Так, современные кремниевые панели в ходе лабораторных испытаний достигли максимальной эффективности в 26,7 процента. А КПД тандемных панелей, улавливающих свет различного спектра и вовсе может доходить до 46 процентов.
Среди интересных предложений — использование воды, которая применяется для охлаждения панелей и в результате чего нагревается и используется для отопления помещений, а также размещение на модулях двухсторонних фотоэлементов, способных улавливать как прямой, так и отраженный от замели солнечный свет. Открытие Пшеничникова может стать еще одним шагом в этом направлении.
В традиционных фотоэлектрических элементах полупроводники улавливают фотоны света и преобразуют их в электричество. Однако, если частицы несут слишком мало энергии, они попросту проходят сквозь материал. Если же энергии слишком много полупроводник не может преобразовать ее всю. Эти фотоны производят «горячие электроны», избыточная энергия которых затем теряется в виде тепла. Идеальные же фотоны определяются шириной зазора, разницей энергетических уровней между самой высокой занятой молекулярной орбиталью и самой низкой свободной молекулярной орбиталью.
«Избыточная энергия горячих электронов, создаваемая фотонами с высоким уровнем энергии, очень быстро поглощается материалом в виде тепла», - говорит Пшеничников.
Лучший способ собрать больше фотонов – это создать более широкий зазор в диапазоне частот. Для этой цели отлично походят перовскиты. Ученые взяли полупроводник из органо-неорганического гибрида перовскита в паре с органическим соединением батофенантролин, затем ускорили электроны лазером и изучили их поведение. Обнаружилось, что органическое соединение действительно поглощает горячие электроны.
Следующим шагом ученых будет создание реального устройства на основе демонстрационного прототипа. Если разработчики докажут, что открытие может быть использовано в солнечных панелях, их эффективность может существенно возрасти.
Источник: inverse.com