Новый метод высвобождения электронов повысил производительность солнечных батарей

Ученые из Массачусетского технологического института и Принстонского университета нашли способ, как повысить эффективность кремниевых солнечных батарей. Они разработали метод, позволяющий одному фотону выбивать из материала сразу 2 электрона.

Абсолютный теоретический максимум эффективности кремниевых установок находится на уровне 29,1%. Новая методика может поднять планку на несколько процентов, сообщает sciencedaily.com. Исследование было проведено аспирантом Маркусом Эйнзингером, профессорами Мунги Бавенди, Марком Бальдо и их 8 коллегами из МТИ и Принстонского университета.

Отчет о проекте опубликован в журнале Nature.

Концепция в основе новой технологии известна десятилетиями. Впервые ее работоспособность несколько членов группы показали 6 лет назад. Но на перенос метода в полноценную солнечную батарею ушло много времени.

Демонстрация показала возможность получения 2 электронов от одного протона, но в органической фотоэлектрической батарее. По эффективности такие установки уступают кремниевым. Передать 2 электрона с собирающего слоя из тетрацена в кремний оказалось непросто.

Для получения большего количества энергии используются специальные экситонные материалы, вводящие частицы в возбужденное состояние. Они поглощают фотоны, формируя экситоны. Последние разделяются на 2 возбужденных частицы, содержащие по половине энергии оригинальной структуры. Но раньше их не удавалось передать в кремний. Опыты с квантовыми точками показали, что добиться этого помогут манипуляции с поверхностными химическими процессами.

«Ключ к успеху оказался в промежуточном слое. Эта тонкая полоса материала между кремнием и тетраценом решала все, — объяснил Эйнзингер. – Решить проблему помогло использование оксинитрида гафния».

Толщина слоя составляет 8 ангстрем. Он сыграл роль прекрасного моста, позволив высокоактивным фотонам выбивать по 2 электрона. Теоретический максимум эффективности при этом вырос с 29,1% до 35%. Существующие кремниевые батареи пока не достигли этой планки. Но, отмечают авторы, исследование открывает путь к оптимизации установок. В частности, позволяет сделать их тоньше.