Солнце постоянно посылает на нашу планету огромное количество энергии, но современные солнечные батареи могут использовать только около одной трети этого ресурса. Долгие годы существовало мнение о «физическом потолке», который ограничивает эффективность солнечных технологий. Однако команда ученых из Японии и Германии нашла способ обойти предел Шокли — Квайзера, что позволило достичь квантового выхода на уровне 130%.
Метод, предложенный учеными из Университета Кюсю и Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, использует концепцию синглетного деления. Эта техника позволяет одному высокоэнергетическому фотону производить два экситона — переносчика энергии — вместо одного. Проблема, с которой сталкивались исследователи, заключалась в паразитном переносе энергии, который «похищал» часть энергии до того, как происходило деление.
Для решения этой проблемы команда применила молибденовый комплекс, известный как «спин-флип» эмиттер. Он эффективно захватывает энергию только после формирования триплетных экситонов. В этой системе электрон меняет спин благодаря взаимодействию с инфракрасным светом, что позволяет оптимально поглощать энергию на нужном этапе, как сообщает Scitech Daily.
В растворе с тетраценовыми материалами удалось достичь квантового выхода в 130%, что превысило предел в 100%. Это означает, что на каждый поглощенный фотон активировалось около 1,3 молибденовых комплексов, что позволяет генерировать больше носителей энергии, чем поступает фотонов.
Современные фотоэлементы используют только треть солнечной энергии: низкоэнергетические фотоны не способны возбудить электроны, а избыток энергии высокоэнергетических фотонов теряется в виде тепла. Метод синглетного деления предоставляет возможность использовать эту избыточную энергию, что может значительно повысить эффективность солнечных батарей.
На данный момент исследование находится на этапе проверки концепции. Следующий шаг заключается в интеграции этих материалов в твердотельные системы для создания реальных фотоэлектрических устройств. Полученные результаты могут быть полезны не только в солнечной энергетике, но и в светодиодах, а также в квантовых технологиях, связанных с управлением спиновыми состояниями.
Статья Преодоление предела преобразования солнечной энергии была впервые опубликована на K-News.
