Nie jest tajemnicą, że popularne krzemowe panele słoneczne mają ograniczenia w zakresie wydajności przekształcania światła w energię elektryczną. Dzieje się tak, ponieważ każdy foton wybija tylko jeden elektron, chociaż energia cząstki światła może wystarczyć do wybicia dwóch elektronów. W nowym badaniu naukowcy z MIT wykazali, że to podstawowe ograniczenie można pokonać, torując drogę krzemowym ogniwom słonecznym o znacznie wyższej wydajności.
Zdolność fotonu do wybicia dwóch elektronów została teoretycznie uzasadniona około 50 lat temu. Ale pierwsze udane eksperymenty powtórzono dopiero 6 lat temu. Następnie w eksperymencie wykorzystano ogniwo słoneczne wykonane z materiałów organicznych. Kuszące byłoby przejście na bardziej wydajny i występujący w większej ilości krzem, co naukowcom udało się osiągnąć dopiero teraz dzięki kolosalnemu nakładowi pracy.
Podczas ostatnich udało się stworzyć krzemowe ogniwo słoneczne, którego teoretyczny limit wydajności został zwiększony z 29,1% do 35%, a to nie jest limit. Niestety do tego ogniwo słoneczne musiało być wykonane z połączenia trzech różnych materiałów, więc w tym przypadku nie da się obejść się bez monolitycznego krzemu. Po złożeniu ogniwo słoneczne ma postać kanapki wykonanej z materiału organicznego. w postaci warstwy powierzchniowej, najcieńszej (kilka atomów) warstwy tlenoazotku hafnu i w rzeczywistości płytki krzemowej.
Warstwa tetracenowa pochłania foton o wysokiej energii i przekształca jego energię w dwa wzbudzenia błądzące w warstwie. Są to tak zwane kwazicząstki . Proces separacji znany jest jako rozszczepienie ekscytonu singletu. W przybliżeniu ekscytony zachowują się jak elektrony, a te wzbudzenia można wykorzystać do wytworzenia prądu elektrycznego. Pytanie brzmi, jak przenieść te wzbudzenia na krzem i dalej?
Cienka warstwa tlenoazotku hafnu stała się rodzajem pomostu pomiędzy powierzchniową warstwą tetracenu a krzemem. Procesy zachodzące w tej warstwie i efekty powierzchniowe na krzemie przekształcają ekscytony w elektrony, po czym wszystko toczy się normalnie. Eksperyment wykazał, że zwiększa to wydajność ogniwa słonecznego w widmach niebieskim i zielonym. Według naukowców nie jest to granica zwiększenia wydajności krzemowego ogniwa słonecznego. Ale nawet zaprezentowana technologia będzie wymagała lat, zanim zostanie skomercjalizowana.
Źródło: 3dnews.ru