Het is geen geheim dat populaire siliciumzonnepanelen beperkingen hebben in de manier waarop ze licht efficiënt omzetten in elektriciteit. Dit komt omdat elk foton slechts één elektron uitschakelt, hoewel de energie van een lichtdeeltje voldoende kan zijn om twee elektronen uit te schakelen. In een nieuwe studie laten MIT-wetenschappers zien dat deze fundamentele beperking kan worden overwonnen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor siliciumzonnecellen met een aanzienlijk hoger rendement.
Het vermogen van een foton om twee elektronen uit te schakelen werd ongeveer 50 jaar geleden theoretisch gerechtvaardigd. Maar de eerste succesvolle experimenten werden pas 6 jaar geleden gereproduceerd. Vervolgens werd als experiment een zonnecel van organische materialen gebruikt. Het zou verleidelijk zijn om over te stappen op het efficiëntere en overvloedigere silicium, iets dat wetenschappers nu pas door een enorme hoeveelheid werk hebben weten te bereiken.
Tijdens de laatste erin geslaagd een siliciumzonnecel te creëren waarvan de theoretische efficiëntielimiet werd verhoogd van 29,1% naar 35%, en dit is niet de limiet. Helaas moest de zonnecel hiervoor uit drie verschillende materialen samengesteld worden, dus in dit geval is het onmogelijk om met monolithisch silicium rond te komen. In gemonteerde toestand is de zonnecel een sandwich van organisch materiaal. in de vorm van een oppervlaktefilm, de dunste (meerdere atomen) film van hafniumoxynitride en in feite een siliciumwafel.
De tetraceenlaag absorbeert het hoogenergetische foton en zet zijn energie om in twee verstrooide excitaties in de laag. Dit zijn de zogenaamde quasideeltjes . Het scheidingsproces staat bekend als singlet-excitonsplijting. In ruwe benadering gedragen excitonen zich als elektronen, en deze excitaties kunnen worden gebruikt om elektrische stroom te genereren. De vraag is: hoe kunnen we deze excitaties overbrengen naar silicium en verder?
Een dunne laag hafniumoxynitride werd een soort brug tussen de tetraceenfilm aan het oppervlak en silicium. Processen in deze laag en oppervlakte-effecten op silicium zetten excitonen om in elektronen, en dan gaat alles verder zoals gewoonlijk. Uit het experiment bleek dat dit de efficiëntie van de zonnecel in het blauwe en groene spectrum verhoogt. Volgens wetenschappers is dit niet de limiet voor het verhogen van de efficiëntie van een siliciumzonnecel. Maar zelfs de gepresenteerde technologie zal jaren nodig hebben om gecommercialiseerd te worden.
Bron: 3dnews.ru