Nem titok, hogy a népszerű szilícium napelemek korlátozottak a fény elektromos árammá alakításának hatékonyságában. Ennek az az oka, hogy minden foton csak egy elektront üt ki, holott egy fényrészecske energiája elegendő lehet két elektron kiütéséhez. Az MIT tudósai egy új tanulmányukban kimutatták, hogy ez az alapvető korlát leküzdhető, és megnyitja az utat a lényegesen nagyobb hatékonyságú szilícium napelemek előtt.
Körülbelül 50 évvel ezelőtt elméletileg igazolták, hogy egy foton képes két elektront kiütni. De az első sikeres kísérleteket csak 6 évvel ezelőtt reprodukálták. Ezután egy szerves anyagokból készült napelemet használtak kísérletként. Csábító lenne áttérni a hatékonyabb és bőségesebb szilíciumra, amit a tudósoknak csak most sikerült elérniük óriási munkával.
Az utolsó során sikerült létrehozni egy szilícium napelemet, melynek elméleti hatásfokát 29,1%-ról 35%-ra emelték, és ez nem a határ. Sajnos ehhez három különböző anyagból kellett kompozitba tenni a napelemet, így ebben az esetben monolit szilíciummal nem lehet boldogulni. Összeszerelve a napelem szerves anyagból készült szendvics. felületi film formájában, a legvékonyabb (több atomos) hafnium-oxinitrid film és valójában egy szilícium ostya.
A tetracén réteg elnyeli a nagy energiájú fotont, és energiáját két kósza gerjesztéssé alakítja át a rétegben. Ezek az úgynevezett kvázi részecskék . Az elválasztási folyamatot szingulett exciton hasadásnak nevezik. Durva közelítéssel az excitonok elektronként viselkednek, és ezek a gerjesztések felhasználhatók elektromos áram generálására. A kérdés az, hogyan lehet ezeket a gerjesztéseket átvinni a szilíciumra és azon túl?
Egy vékony hafnium-oxinitrid réteg egyfajta híd lett a felületi tetracén film és a szilícium között. Az ebben a rétegben zajló folyamatok és a szilícium felületi hatásai az excitonokat elektronokká alakítják, majd minden a megszokott módon megy tovább. A kísérlet során sikerült kimutatni, hogy ez növeli a napelem hatékonyságát a kék és zöld spektrumban. A tudósok szerint ez nem a határa a szilícium napelem hatékonyságának növelésének. De még a bemutatott technológia kereskedelmi forgalomba hozatala is évekbe fog telni.
Forrás: 3dnews.ru