Có hy vọng tăng hiệu quả của các tấm pin mặt trời silicon cổ điển

Không có gì bí mật khi các tấm pin mặt trời silicon phổ biến có những hạn chế về hiệu quả chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Điều này là do mỗi photon chỉ đánh bật một electron, mặc dù năng lượng của một hạt ánh sáng có thể đủ để đánh bật hai electron. Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học MIT cho thấy hạn chế cơ bản này có thể được khắc phục, mở đường cho pin mặt trời silicon có hiệu suất cao hơn đáng kể.

Khả năng một photon đánh bật hai electron đã được chứng minh về mặt lý thuyết khoảng 50 năm trước. Nhưng những thí nghiệm thành công đầu tiên chỉ được thực hiện cách đây 6 năm. Sau đó, một pin mặt trời làm từ vật liệu hữu cơ được sử dụng làm thí nghiệm. Sẽ rất hấp dẫn nếu chuyển sang sử dụng silicon dồi dào và hiệu quả hơn, điều mà các nhà khoa học hiện chỉ đạt được nhờ một khối lượng công việc khổng lồ.

Cuối cùng cuộc thí nghiệm đã thành công trong việc tạo ra pin mặt trời silicon, giới hạn hiệu suất lý thuyết của nó đã tăng từ 29,1% lên 35% và đây không phải là giới hạn. Thật không may, để làm được điều này, pin mặt trời phải được làm từ hỗn hợp của ba vật liệu khác nhau, vì vậy trong trường hợp này không thể sử dụng silicon nguyên khối. Khi được lắp ráp, pin mặt trời giống như một chiếc bánh sandwich làm từ vật liệu hữu cơ. tetracen ở dạng màng bề mặt, màng mỏng nhất (vài nguyên tử) của hafnium oxynitride và trên thực tế là một tấm wafer silicon.

Lớp tetracene hấp thụ photon năng lượng cao và chuyển đổi năng lượng của nó thành hai kích thích rải rác trong lớp. Đây là những cái gọi là giả hạt chất kích thích. Quá trình phân tách được gọi là phân hạch exiton singlet. Nói một cách gần đúng, các exiton hoạt động giống như các electron và những kích thích này có thể được sử dụng để tạo ra dòng điện. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để chuyển những kích thích này sang silicon và hơn thế nữa?

Một lớp mỏng hafnium oxynitride trở thành một loại cầu nối giữa màng tetracene bề mặt và silicon. Các quá trình trong lớp này và các hiệu ứng bề mặt trên silicon sẽ chuyển đổi các chất kích thích thành các electron, sau đó mọi thứ vẫn diễn ra như bình thường. Thí nghiệm có thể chỉ ra rằng điều này làm tăng hiệu suất của pin mặt trời trong quang phổ xanh lam và xanh lục. Theo các nhà khoa học, đây không phải là giới hạn để tăng hiệu suất của pin mặt trời silicon. Nhưng ngay cả công nghệ được trình bày cũng sẽ phải mất nhiều năm để được thương mại hóa.

Nguồn: 3dnews.ru