Стремясь сделать солнечную энергию дешевле и эффективнее, группа учёных и инженеров из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее нашла способ преодолеть одно из самых серьёзных препятствий в сфере возобновляемых источников энергии.
Синглетное деление — это процесс, при котором одна частица света — фотон — может быть разделена на два энергетических пакета, что фактически удваивает выходную мощность при использовании в технологиях, работающих на солнечной энергии.
В исследовании, опубликованном в ACS Energy Letters, команда Университета Нового Южного Уэльса продемонстрировала, как это работает на органическом материале, который однажды можно будет производить массово специально для использования в солнечных батареях.
«Большая часть энергии света в солнечном элементе расходуется на нагрев, который сам по себе является формой энергии», — говорит доктор Бен Карвитен, научный сотрудник Школы химии Университета Нового Южного Уэльса.
Большинство современных солнечных панелей изготовлены из кремния — это надёжная и дешёвая технология. Однако эффективность кремния ограничена: лучшие коммерческие элементы в настоящее время преобразуют в электричество около 27 % солнечного света. Теоретический предел составляет около 29,4 %.
Синглетное деление позволяет преодолеть этот барьер. Когда солнечный свет попадает на определённые органические материалы, один высокоэнергетический фотон может вызвать два низкоэнергетических возбуждения. Таким образом, вместо одного пакета полезной энергии образуются два.
«Внедрение синглетного деления в кремниевую солнечную панель повысит её эффективность», — говорит профессор Нед Экинс-Доукс, руководитель проекта и глава Школы фотовольтаики и возобновляемых источников энергии Университета Нового Южного Уэльса.
До сих пор проблема заключалась в поиске подходящего материала. В более ранних работах других команд использовалось соединение под названием тетрацен, которое хорошо зарекомендовало себя в лабораторных условиях, но слишком быстро разрушалось под воздействием воздуха и влаги, чтобы его можно было использовать на практике.
Исследователи продемонстрировали что соединение под названием DPND, или дипирролонафтиридинидион, может выполнять ту же функцию, оставаясь стабильным в реальных условиях на открытом воздухе.
«Мы показали, что можно соединить кремний с этим стабильным материалом, который подвергается синглетному делению, а затем накапливает дополнительный электрический заряд», — говорит доктор Карвитен.
Новая технология предполагает нанесение ультратонкого органического слоя на поверхность обычного кремниевого элемента.
«В принципе, это просто наложение дополнительного слоя на существующую архитектуру, — говорит доктор Карвитен. — Нам нужно найти способ заставить это работать, но нет никаких причин, по которым это не могло бы сработать».
Теоретический предел эффективности солнечных панелей, использующих синглетное деление, составляет около 45 %, что является огромным шагом вперёд по сравнению с современными технологиями.