Новый слой для солнечных панелей: удвоение КПД

Ученые из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney) сделали прорыв в области возобновляемой энергетики, предложив метод повышения эффективности солнечных батарей. Исследователи из команды "Omega Silicon" продемонстрировали, как использовать процесс синглетного деления для значительного увеличения выработки электроэнергии.

Синглетноe деление – это явление, при котором один фотон света расщепляется на два энергетических пакета. Это позволяет удвоить выработку электричества в солнечных элементах, работающих на основе этого принципа. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters.

"Большая часть энергии света в солнечной ячейке теряется в виде тепла, которое также является формой энергии," – объясняет доктор Бен Карвитен, научный сотрудник UNSW. "Мы находим способы превратить эту потерянную энергию в большее количество электричества."

Современные солнечные панели, как правило, изготавливаются из кремния, чья эффективность преобразования солнечного света в электричество ограничена примерно 27%, а теоретический предел составляет около 29.4%. Системы, основанные на синглетном делении, способны преодолеть эти ограничения.

"Внедрение синглетного деления в кремниевую солнечную панель повысит ее эффективность," – отмечает профессор Нед Экинс-Даукс, руководитель проекта. "Это позволит молекулярному слою подавать дополнительный ток в панель."

Ранее использовавшийся для этих целей материал, тетрацен, показал хорошие результаты в лабораторных условиях, но быстро деградировал на воздухе и во влажной среде. Команда UNSW разработала стабильное органическое соединение – дипирролонафтиридинон (DPND), которое сохраняет свои свойства в реальных условиях эксплуатации.

"Мы показали, что можно интегрировать кремний с этим стабильным материалом, который подвержен синглетному делению, и получать дополнительный электрический заряд," – говорит доктор Карвитен. "Это пока лишь начальный этап, но это первая демонстрация работоспособности в реалистичной системе."

Исследование основано на многолетней работе профессора Тима Шмидта, который впервые использовал магнитные поля для изучения механизма синглетного деления. Понимание этих физических процессов позволило разработать более эффективные материалы и структуры.

"Разные цвета света несут разную энергию. Синий свет обладает большей энергией, но в обычной солнечной ячейке большая ее часть теряется в виде тепла. При синглетном делении эта избыточная энергия может быть преобразована в полезное электричество," – поясняет профессор Шмидт.

Ассоциированный профессор Мурад Тайбджи, ведущий автор работы, называет это "большим шагом вперед" для технологии солнечных панелей. "Это первая демонстрация синглетного деления на кремнии с использованием относительно стабильной органической молекулы, основанной на промышленных пигментах," – добавляет он.

Новая технология предполагает нанесение ультратонкого органического слоя поверх традиционной кремниевой ячейки. Теоретический предел эффективности солнечных панелей с использованием синглетного деления достигает 45%, что значительно превышает текущие показатели.

Проект "Omega Silicon" был поддержан Австралийским агентством возобновляемой энергетики (ARENA) в рамках программы "Сверхдешевая солнечная энергия", направленной на создание панелей с эффективностью свыше 30% по цене менее 30 центов за ватт к 2030 году. Команда уже привлекает внимание крупнейших мировых производителей солнечных батарей, готовых к коммерциализации технологии.