Вчені постійно прагнуть підвищити ефективність сонячних елементів, тобто скільки доступного сонячного світла перетворюється на електрику. Нещодавно новий підхід до технології призвів до вражаючого 130% квантового виходу.

Графіка сонячних елементів

Важливо зазначити, що це квантовий рівень енергетичного повернення, тому ми не говоримо про те, що сонячна панель перетворює сонячне світло в електрику з 130% ефективністю. Однак цей прорив є покращенням ефективності в термінах того, як часто певна подія відбувається на фотон, поглинутий системою.

Щоб подолати бар'єр у 100%, новий підхід розділяє енергію, отриману від одного вхідного світлового фотона, на два, які потім живлять два збуджені стани (відомі як екситони) в приймальному матеріалі.

Цей процес відомий як синглетна фісія, і, як пояснює міжнародна команда дослідників, він запобігає втраті надлишкової енергії у вигляді тепла.

Ця втрата є частиною причини, чому сонячні елементи зазвичай досягають максимуму близько 33% ефективності, обмеження, відоме як межа Шоклі-Квайсера.

Вчені використовували органічну молекулу під назвою тетрацин, щоб діяти як матеріал для розподілу, через який може працювати синглетна фісія. Її властивості роблять її придатною для розподілу одного високоенергетичного пакета на два нижчеенергетичних пакети через збудження електронів.

Однак синглетна фісія не є абсолютно новою концепцією, і це лише половина історії. Основною перешкодою в попередніх експериментах було надання синглетній фісії достатньо часу для роботи, перш ніж енергія буде втрачена або передана кудись ще.

Тут на допомогу приходить металевий елемент молібден, знову ж таки обраний за його особливі властивості. Змішуючи його з тетрацином, команда змогла захопити розділені екситони в молібденовому сполученні.

На квантовому рівні молібден діє як так званий випромінювач з переворотом спіну. Спочатку він фіксує енергію, а потім використовує квантовий переворот спіну, щоб перетворити невидимі стани на світло. Це дало команді проривний результат: 1,3 молібденових металевих комплексів, збуджених на фотон, поглинутий.

Це дослідження є лише початковими лабораторними тестами. Наступні кроки полягають у перетворенні рідкого розчину, використаного тут, у тверду форму, яку можна буде встановити на сонячну панель, надійно та ефективно.

Це відкриття може суттєво змінити енергетичну галузь, особливо в поєднанні з новими механізмами зберігання енергії.

Цікавий факт

Сонячна енергія є важливою частиною зменшення нашої залежності від викопного пального та уповільнення зміни клімату.