Ученые из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее совершили прорыв в солнечной энергетике, который может позволить солнечным панелям достичь рекордной эффективности в 45 процентов. Исследователи нашли способ удвоить количество энергии, извлекаемой из одной частицы света, что открывает путь к преодолению многолетнего ограничения кремниевых технологий.
Большинство современных солнечных панелей используют кремний, эффективность которого имеет естественный потолок и составляет около 27 процентов, в то время как теоретический предел приближается к 29,4 процента. Значительная часть солнечной энергии в таких элементах теряется в виде тепла.
Команда, известная как Omega Silicon, намерена изменить эту ситуацию с помощью процесса, называемого синглетным делением. Этот процесс позволяет одному фотону света разделиться на два пакета энергии, что эффективно удваивает выход электричества. Как пояснил доктор Бен Карвитен, постдокторант Школы химии UNSW, их работа направлена на то, чтобы превратить бесполезно рассеиваемую тепловую энергию в дополнительное электричество. Предыдущие эксперименты с материалом под названием тетрацен показывали потенциал, но были нестабильны на воздухе и во влажной среде. Австралийские исследователи обнаружили, что соединение DPND выполняет ту же задачу, оставаясь стабильным в условиях наружной среды.
Доктор Карвитен подчеркнул, что продемонстрирована возможность совмещения кремния с этим стабильным материалом, который подвергается синглетному делению и затем впрыскивает дополнительный электрический заряд. Это ранний шаг, но это первая демонстрация работоспособности концепции в реалистичной системе. Данная работа опирается на более чем десятилетние исследования под руководством профессора Тима Шмидта. Понимание механизма синглетного деления помогло ученым разработать улучшенные материалы и структуры слоев. Профессор Шмидт объяснил, что синий свет обладает большей энергией, которая в обычной солнечной батарее теряется в виде тепла, но с синглетным делением эта избыточная энергия может быть преобразована в полезное электричество.
Доцент Мурад Тайбджи, курировавший исследование, назвал эту работу большим шагом вперед для солнечной технологии, отметив, что это первая демонстрация синглетного деления на кремнии с использованием относительно стабильной органической молекулы на основе промышленных пигментов. Этот подход предполагает нанесение сверхтонкого органического слоя на поверхность обычной кремниевой ячейки. В принципе, это похоже на нанесение дополнительного слоя краски на существующую архитектуру. В случае успешного масштабирования методика может повысить эффективность солнечных элементов с нынешних 27 до 45 процентов. Проект поддерживается Австралийским агентством по возобновляемой энергии, а за прогрессом команды уже наблюдают семь крупных солнечных компаний, готовых помочь в коммерциализации технологии, если ее работоспособность в лаборатории будет подтверждена.