Вчені підвищили ліміт ефективності сонячних елементів з 29% до 35%

Вчені з MIT і Прінстонського університету Опублікував статтю під назвою «сенсибілізації кремнію розподілом синглетних екситонів в тетрацене».

Традиційні «одноперехідні» («одношарові») кремнієві сонячні елементи мають теоретичний максимальний ККД близько 29,1%, оскільки існує межа того, скільки сонячного світла може бути перетворено в корисне електрику (Названий межею Шоклі – Квіссера).

Сьогодні високоефективні сонячні елементи в серійному виконанні мають ефективність понад 20%.

Коли фотони проходять через звичайні кремнієві сонячні елементи один фотон зазвичай може передавати свою енергію тільки одному електрону, навіть в тому випадку, якщо фотон містить більше енергії – деякі частини світлового спектру, особливо синій і зелений, мають достатньо енергії для «збудження» кілька електронів.

Зазвичай ця надлишкова енергія перетворюється в відпрацьоване тепло, і дослідники шукали спосіб використовувати цю додаткову енергію, бачачи в ній потенціал для підвищення ефективності сонячних елементів.

Дослідники з MIT і Прінстона знайшли спосіб використання цієї енергії.

Дослідники покрили кремнієві клітини шаром матеріалу, званого оксинитрида гафнію. Товщина шару складає всього кілька атомів, але він, в кінцевому рахунку, дозволяє одиночним фотонам з високою енергією ініціювати вивільнення двох електронів усередині кремнієвої осередки, що призводить до подвоєння кількості енергії, виробленої даним кількістю сонячного світла в синьо-зеленої частини спектру.

«Виявляється, ця Крихітна, Крихітна смужка матеріалу на кордоні між Цими двома системами в кінцевому разом визначає все. Ось чому інші дослідники і не змогли змусити цей процес працювати, і чому ми нарешті зробили це », – зазначають автори.

В результаті теоретична максимальна ефективність «простий» одноперехідний кремнієвої сонячної комірки може бути підвищена до 35%.

Теоретична концепція, яка лежить в основі нового відкриття, відома вже кілька десятиліть, але тільки зараз вченим вдалося підтвердити теорію на працюючих сонячному елементі.

У світових лабораторіях йде постійна робота над підвищенням ефективності сонячних елементів. Ось так сьогодні виглядає знаменитий чарт NREL:

Як ми бачимо, рекордна ефективність елементів в лабораторних умовах перевершує 45%, але мова йде про «багатоперехідних» пристроях, в яких використовується кілька шарів різних матеріалів, і за рахунок «переходу» між Цими матеріалами досягається підвищення ефективності.

envelop facebook search