Учёные преодолели теоретический предел эффективности солнечных батарей

Новый прорыв в солнечной энергетике

Солнечные батареи давно считаются одним из самых перспективных источников возобновляемой энергии. Однако их эффективность долгое время ограничивалась теоретическим пределом Шокли-Квиссера, установленным ещё в 1961 году. Согласно этому закону, максимальный КПД коммерческих фотоэлементов не превышает 33%, а в реальности большинство панелей работают с куда меньшей отдачей.

Что такое предел Шокли-Квиссера?

Этот предел объясняется физическими законами. Солнечный свет состоит из широкого спектра волн, но фотоэлектрические элементы способны преобразовывать в электричество лишь узкую его часть. Остальная энергия либо проходит сквозь материал, либо превращается в тепло, которое не используется.

Как учёные обошли ограничение?

Международная команда исследователей из Японии и Германии предложила революционный подход. В своей работе, опубликованной в Journal of the American Chemical Society, они описали метод, позволяющий улавливать энергию, которая ранее терялась в виде тепла.

Ключевым элементом технологии стал органический молекулярный комплекс тетрацена, соединённый с молибденом. При облучении высокоэнергетическим синим светом молекулы тетрацена способны расщеплять энергию на два полезных компонента. В результате эксперимента учёные достигли квантовой эффективности 130% — то есть на каждые 100 фотонов приходилось 130 носителей заряда.

Два пути к повышению эффективности

Йоити Сасаки, химик из Университета Кюсю и один из авторов исследования, объяснил:

«У нас есть две основные стратегии для преодоления предела Шокли-Квиссера. Первая — преобразование низкоэнергетических инфракрасных фотонов в высокоэнергетические видимые. Вторая, которую мы реализовали, — использование синглетного деления для генерации двух экситонов из одного фотона.»

Что это значит для солнечной энергетики?

Пока разработка находится на стадии лабораторных испытаний. Современные коммерческие солнечные панели демонстрируют КПД около 25%, и такие показатели вряд ли изменятся в ближайшее время. Тем не менее, новый метод стал первым серьёзным прорывом за более чем 60 лет, нарушая теоретический барьер.

Эксперты подчёркивают, что до внедрения технологии в массовое производство предстоит решить ряд инженерных и экономических задач. Однако уже сейчас ясно, что потенциал солнечной энергетики может быть значительно выше, чем считалось ранее.