Δεν είναι μυστικό ότι τα δημοφιλή ηλιακά πάνελ πυριτίου έχουν περιορισμούς στο πόσο αποτελεσματικά μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε φωτόνιο εκτοξεύει μόνο ένα ηλεκτρόνιο, αν και η ενέργεια ενός ελαφρού σωματιδίου μπορεί να είναι αρκετή για να εξουδετερώσει δύο ηλεκτρόνια. Σε μια νέα μελέτη, οι επιστήμονες του MIT δείχνουν ότι αυτός ο θεμελιώδης περιορισμός μπορεί να ξεπεραστεί, ανοίγοντας το δρόμο για ηλιακά κύτταρα πυριτίου με σημαντικά υψηλότερη απόδοση.
Η ικανότητα ενός φωτονίου να εξουδετερώνει δύο ηλεκτρόνια δικαιολογήθηκε θεωρητικά πριν από περίπου 50 χρόνια. Όμως τα πρώτα επιτυχημένα πειράματα αναπαράχθηκαν μόλις πριν από 6 χρόνια. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε ως πείραμα μια ηλιακή κυψέλη από οργανικά υλικά. Θα ήταν δελεαστικό να προχωρήσουμε στο πιο αποτελεσματικό και άφθονο πυρίτιο, κάτι που οι επιστήμονες κατάφεραν να επιτύχουν μόλις τώρα μέσω κολοσσιαίου όγκου εργασίας.
Κατά την τελευταία κατάφερε να δημιουργήσει ένα ηλιακό στοιχείο πυριτίου, το θεωρητικό όριο απόδοσης του οποίου αυξήθηκε από 29,1% σε 35%, και αυτό δεν είναι το όριο. Δυστυχώς, για αυτό, το ηλιακό κύτταρο έπρεπε να κατασκευαστεί από τρία διαφορετικά υλικά, οπότε σε αυτή την περίπτωση είναι αδύνατο να τα βγάλουμε πέρα με μονολιθικό πυρίτιο. Όταν συναρμολογηθεί, το ηλιακό στοιχείο είναι ένα σάντουιτς από οργανικό υλικό. με τη μορφή επιφανειακής μεμβράνης, της λεπτότερης (πολλών ατόμων) μεμβράνης οξυνιτριδίου του αφνίου και, μάλιστα, μιας γκοφρέτας πυριτίου.
Το στρώμα τετρακενίου απορροφά το φωτόνιο υψηλής ενέργειας και μετατρέπει την ενέργειά του σε δύο αδέσποτες διεγέρσεις στο στρώμα. Αυτά είναι τα λεγόμενα οιονεί σωματίδια . Η διαδικασία διαχωρισμού είναι γνωστή ως σχάση μονήρους εξιτονίου. Σε μια χονδρική προσέγγιση, τα εξιτόνια συμπεριφέρονται σαν ηλεκτρόνια και αυτές οι διεγέρσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος. Το ερώτημα είναι πώς να μεταφέρουμε αυτές τις διεγέρσεις στο πυρίτιο και όχι μόνο;
Ένα λεπτό στρώμα οξυνιτριδίου του αφνίου έγινε ένα είδος γέφυρας μεταξύ της επιφανειακής μεμβράνης τετρακενίου και του πυριτίου. Οι διεργασίες σε αυτό το στρώμα και τα επιφανειακά αποτελέσματα στο πυρίτιο μετατρέπουν τα εξιτόνια σε ηλεκτρόνια και στη συνέχεια όλα συνεχίζονται ως συνήθως. Το πείραμα μπόρεσε να δείξει ότι αυτό αυξάνει την απόδοση της ηλιακής κυψέλης στο μπλε και το πράσινο φάσμα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτό δεν είναι το όριο για την αύξηση της απόδοσης ενός ηλιακού στοιχείου πυριτίου. Αλλά ακόμη και η τεχνολογία που παρουσιάζεται θα χρειαστούν χρόνια για να εμπορευματοποιηθεί.
Πηγή: 3dnews.ru