Новые солнечные ячейки для батарей в самое ближайшее время могут стать самыми передовыми элементами в области фотоэлектрических технологий

Группа ученых, занимающихся изучением возобновляемых источников энергии в Национальной лаборатории NREL (США), показала миру, насколько могут быть эффективными солнечные панели на основе квантовых точек. В основе работы экспериментальной солнечной батареи лежит так называемый процесс множественной экситонной генерации. На образце было продемонстрировано достаточно интересное явление – каждый синий фотон смог генерировать практически на 30% больше электроэнергии, чем это сегодня возможно в условиях существующих технологий.

Таким образом, разработка американских физиков по своей эффективности может превзойти существующие фотоэлектрические технологии. Новейшие солнечные ячейки обладают высокой внешней квантовой эффективностью – порядка 100 % у фотонов солнечного спектра. Упомянутая величина, имеющая международное обозначение EQE, не имеет отношения к понятию КПД. EQE показывает соотношение каждой пары дырки-электрона и числа фотонов, сконцентрированных на солнечной панели. Следовательно, внутренняя эффективность показывает соотношение фотонов с солнечной панели и количества произведенных в результате электронов.

До недавнего времени не существовало какого-либо типа фотоэлектрической ячейки, показатель EQE которого был бы равен 100%. Известно, что традиционные полупроводники могут создавать только 1 электрон на каждый фотон, а часть энергии рассеивается как тепло. В это же время кристаллические наноструктуры могут обходить упомянутое ограничение, вследствие чего степень естественных потерь энергии значительно снижается, благодаря чему можно получить больше электричества. Из-за слишком маленьких размеров наноструктур (квантовых точек) перемещение электронов значительно ограничивается, поэтому представляется возможность максимально эффективно утилизировать энергию фотонов.

Технология множественной генерации экситонов использует большую часть фотонной энергии, поэтому эффективность генерации может достигать 114%. Как видно, такая большая эффективность позволит в скором времени создать новый тип солнечных панелей на основе квантовых точек и дать потребителю более мощные панели, чем существующие сегодня аналоги – солнечные панели на основе полупроводников. В условиях лаборатории КПД изготовленных образцов составляет порядка 4,5%, но стоит отметить, что это всего лишь образцы, предназначенные для демонстрации эффекта генерации, а не для выработки электричества.