Полимер помог обойти ограничение на эффективность фотоэлементов

Американские физики предложили способ удвоения эффективности преобразования фотонов в электроны при помощи пленки из органического проводника. Исследование ученых Массачусетского технологического института опубликовано в Science. Обзор статьи приводится на сайте института.

Покрытие толщиной 5 нанометров из пентацена позволяет в перспективе удвоить количество возбужденных частиц в фотоэлементе при падении на него света. В разработанном прототипе отношение числа возникших электронов к количеству поглощенных фотонов (внутренняя квантовая эффективность системы) составило 160 процентов.

В стандартном фотоэлементе один фотон возбуждает в полупроводнике ровно один электрон, создавая электрический ток. Остаточная энергия световых частиц уходит в тепло. Покрытие из пентацена потенциально позволяет получить по два электрона на каждый поглощенный фотон.

Предложенная технология находится на стадии концепции, поэтому общий КПД солнечной батареи с новым покрытием составляет только 2 процента. Вместе с тем, авторы работы считают возможным оптимизировать фотоэлементы и добиться эффективности более 30 процентов, что превысит средний КПД для производимых в настоящее время солнечных батарей — 25 процентов.

Авторы работы отмечают, что их способ не является единственным вариантом оптимизации работы солнечных батарей. Реализации солнечных батарей с квантовыми точками (MEG) и каскадного включения фотоэлементов и ранее использовались для преодоления теоретического предела Шокли-Квайссера. Этот постулат ограничивает эффективность фотоэлемента с одним p-n переходом величиной 33,7 процента.

Вместе с предложением новых способов повышения КПД фотоэлементов, развивается и диапазон их применения. Так, в начале апреля была представлена технология изготовления тонких солнечных батарей, которые можно наклеивать на любую криволинейную поверхность.