Новости перспективных технологий

Предел эффективности солнечных батарей может быть превзойдён

Изображение с сайта compulenta.computerra.ru

Сегодня в материале фотоэлемента получение фотона вызывает возбуждение электрона, который перемещается к электропроводящему слою, соединённому с фотоэлементным. Для этого, во-первых, нужно организовать в слоях электрическое поле, что ведёт к дополнительным потерям, а во-вторых — заставить электрон перейти из одного материала в другой, что также снижает эффективность процесса. Эти факторы среди прочих ответственны за предел Шокли — Квайссера, уверяющий нас, что однослойный фотоэлемент, по сути, не в состоянии вырваться за рамки 33—34% к. п. д.

Повышение к. п. д. выше 50% могло бы вдвое снизить долю издержек на установку солнечных батарей на местности, а это одна из наименее «сжимаемых» статей всей солнечной энергетики. (Иллюстрация Shutterstock.)

Но ведь можно, наверное, использовать другой материал? Есть такие полупроводники, в которых получение фотона приводит к возбуждению электрона, далее самостоятельно следующего в нужном направлении, без нужды в пересечении границы материала и попадания в проводник. Увы, хотя это явление известно с 1970-х, само по себе это происходит лишь с фотоэлементами, преобразующими в электроэнергию ультрафиолет. Но наше Солнце в основном отдаёт себя в видимом и даже ИК-диапазоне, плюс значительная часть ультрафиолета поглощается атмосферой.

Учёные во главе с Эндрю Раппе (Andrew M. Rappe) из Пенсильванского университета (США) решили попробовать «подрегулировать» свойства таких перовскитов, способных превращать УФ-излучение в электричество не на поверхности материала, а в его толще, чтобы «добыть» электричество из видимого света, добавляя в перовскитную структуру на основе ниобата калия никельсодержащий ниобат бария.

Варьируя содержание последнего, удалось сдвинуть запрещённую зону перовскита так, что он стал преобразовывать видимый свет в электричество без необходимости во втором слое, являясь фотоэлементом не только на поверхности, но и в своей толще.

Как вы понимаете, это лишь первый опыт, и практический к. п. д. у новинки пока мал. И тем не менее теоретически такой модифицированный перовскит (или его аналог с другими добавками) имеет все шансы на преодоление лимита Шокли — Квайссера, имея к. п. д. более 50%, что примерно вдвое лучше самых эффективных образцов фотоэлементов, присутствующих на массовом рынке. Если учёным удастся реализовать заявленные преимущества новых материалов, солнечная энергетика, несомненно, получит сильнейший импульс к отвоёвыванию большей доли в мировом энергобалансе.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Информация с сайта compulenta.computerra.ru по материалам Пенсильванского университета.

Автор оригинального текста: Александр Березин.