В физике существует незыблемое правило: КПД любого источника энергии не может превышать 100%, так как неизбежно возникают потери. Однако ученые работают над тем, чтобы свести эти потери к минимуму и максимально эффективно использовать доступный солнечный свет.
Стандартные солнечные панели, базирующиеся на классическом p-n-переходе, имеют строгий теоретический потолок эффективности, известный как предел Шокли–Квейссера, который составляет около 33%. Группе японских исследователей из Университета Кюсю совместно с коллегами из Университета Йоханнеса Гутенберга в Германии удалось найти инновационный подход, позволяющий выйти за рамки этих ограничений.
В традиционных фотоэлементах один поглощенный фотон способен генерировать только одну пару «электрон — дырка» (экситон). В этой схеме высокоэнергетические фотоны синего спектра теряют излишки энергии, которые бесполезно рассеиваются в виде тепла.
Разработанная технология базируется на методе синглетного расщепления. Суть процесса заключается в том, что один фотон синего спектра стимулирует материал на создание сразу двух экситонов. Для успешной реализации этого механизма исследователи применили особый молибденовый комплекс, который эффективно захватывает генерируемые заряды и преобразует их в электрический ток. Кроме того, состав материала позволяет подавлять нежелательный перенос энергии, который ранее негативно влиял на показатели производительности.
Экспериментальные замеры показали квантовый выход на уровне 130%, что соответствует генерации 1,3 электрона на один фотон. Полученные результаты подтверждают возможность повышения теоретического КПД однопереходных солнечных элементов с нынешних 33% до 35–45%. На данный момент проект находится на стадии подтверждения концепции, однако он открывает широкие перспективы для создания солнечных панелей нового поколения с гораздо более высокими показателями эффективности.
