بر کسی پوشیده نیست که پانل های خورشیدی سیلیکونی محبوب محدودیت هایی در نحوه تبدیل کارآمد نور به الکتریسیته دارند. این به این دلیل است که هر فوتون فقط یک الکترون را از بین می برد، اگرچه انرژی یک ذره نور می تواند برای از بین بردن دو الکترون کافی باشد. در یک مطالعه جدید، دانشمندان MIT نشان می‌دهند که می‌توان بر این محدودیت اساسی غلبه کرد و راه را برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با کارایی بسیار بالاتر هموار کرد.
توانایی یک فوتون در از بین بردن دو الکترون از نظر تئوری حدود 50 سال پیش توجیه شده بود. اما اولین آزمایش های موفق تنها 6 سال پیش بازتولید شد. سپس از سلول خورشیدی ساخته شده از مواد آلی به عنوان آزمایش استفاده شد. حرکت به سمت سیلیکون کارآمدتر و فراوان تر وسوسه انگیز خواهد بود، چیزی که دانشمندان تنها در حال حاضر توانسته اند از طریق مقدار زیادی کار به آن دست یابند.
در طول آخرین موفق به ایجاد یک سلول خورشیدی سیلیکونی شد که حد بازده نظری آن از 29,1 درصد به 35 درصد افزایش یافت و این محدودیت نیست. متأسفانه، برای این کار، سلول خورشیدی باید از سه ماده مختلف ساخته می شد، بنابراین در این مورد نمی توان با سیلیکون یکپارچه کنار آمد. هنگامی که سلول خورشیدی مونتاژ می شود، یک ساندویچ ساخته شده از مواد آلی است. به شکل یک لایه سطحی، نازک ترین (چند اتم) لایه هافنیوم اکسی نیترید و در واقع یک ویفر سیلیکونی.
لایه تتراسن فوتون پر انرژی را جذب می کند و انرژی آن را به دو تحریک سرگردان در لایه تبدیل می کند. اینها به اصطلاح شبه ذرات هستند . فرآیند جداسازی به عنوان شکافت اکسایتون منفرد شناخته می شود. با یک تقریب تقریبی، اکسایتون‌ها مانند الکترون‌ها رفتار می‌کنند و از این تحریک‌ها می‌توان برای تولید جریان الکتریکی استفاده کرد. سوال این است که چگونه می توان این تحریکات را به سیلیکون و فراتر از آن منتقل کرد؟
لایه نازکی از اکسی نیترید هافنیوم به نوعی پل بین لایه تتراسن سطحی و سیلیکون تبدیل شد. فرآیندهای این لایه و اثرات سطحی روی سیلیکون، اکسیتون ها را به الکترون تبدیل می کند و سپس همه چیز طبق معمول پیش می رود. این آزمایش توانست نشان دهد که این کار باعث افزایش کارایی سلول خورشیدی در طیف آبی و سبز می شود. به گفته دانشمندان، این محدودیت برای افزایش کارایی یک سلول خورشیدی سیلیکونی نیست. اما حتی فناوری ارائه شده نیز سال ها طول می کشد تا تجاری شود.
منبع: 3dnews.ru