Még a sci-fiben sem haladhatja meg az energiaforrások hatásfoka a 100%-ot – ez a világegyetemünk fizikája. A veszteségek mindig léteznek. A tudósok célja a veszteségek csökkentése, ami egyre nehezebbé válik, minél közelebb kerülnek az elméleti határhoz. Egy klasszikus p-n átmenetű napelem esetében a határ 33%-os hatásfok. De a napfény fizikája ennél összetettebb. És japán tudósok... talált egy lehetőséget messzire túlmutat ezen az elméleten.
Az ötletet a Kyushu Egyetem kutatói fejlesztették ki a németországi Johannes Gutenberg Egyetemmel együttműködve. Egy klasszikus napelemben egyetlen elnyelt foton egy excitont (egy elektront és egy lyukat) hoz létre a félvezetőben. A foton egy fénykvantum (az adott hullámhosszú elektromágneses sugárzás legkisebb lehetséges energiaegysége). Nem képes egynél több elektront létrehozni. Ezt az energiát az elektron elnyeli, gerjesztett állapotba hozza, és elektromos áramként terjed az anyagon keresztül.
Az elektronok csak egy adott hullámhosszúságú fényre (fotonokra) reagálnak. Nem nyelik el az energiakvantumokat a sugárzás alsó és felső tartományában. Ilyen anyagok egyszerűen nem léteznek a természetben, vagy a tudósok még nem tanulták meg, hogyan kell előállítani őket. Ugyanakkor ezek a "transzcendens" fotonok eltalálják a napelemet, de nem hoznak létre elektronáramlást benne; csupán hőként disszipálnak. Ez az a tartalék, amelyet a tudósok ki tudtak aknázni áramtermelésre. Pontosabban, hatékonyan tudták hasznosítani a spektrum kék részéből származó nagy energiájú fotonokat.
A technológia működési mechanizmusa két kulcsfontosságú folyamaton alapul. Az anyagban lévő nagy energiájú (kék) fotonok szingulett felhasadáson mennek keresztül: egy exciton két alacsonyabb energiájúra szakad, és mindkét excitont egy adott anyaggal kombinálva a napelembe integrált „molibdén komplex” fogja be. Így egy elektron helyett a „kék” foton valójában két elektront gerjeszt az anyagban, áramot generálva. Az anyagok kombinációja elnyomja az ún. Förster energiaátadás, ami normál körülmények között blokkolná bizonyos számú elektron gerjesztését és csökkentené a hatásfokot.
A kísérletek lenyűgöző eredményeket mutattak, nevezetesen körülbelül 130%-os kvantumhozamot (1,3 exciton fotononként). A kutatók becslése szerint ez a technológia az egypontos napelemek elméleti hatásfokát 35–45%-ra növelheti, ami jelentősen magasabb érték. Shockley–Queisser-határérték (33%) a hagyományos szilícium panelek esetében, míg a kereskedelmi modulok tényleges teljesítménye (20–25%). Ez az eredmény még mindig csak egy koncepcióbizonyítás, és molekuláris megoldásban valósították meg, de lefekteti az áttörés alapjait a napenergia-termelésben.
Forrás:
Forrás: 3dnews.ru
