Каждую секунду Солнце излучает на Землю колоссальное количество энергии, однако современные солнечные панели способны улавливать лишь около одной трети этого потока. Долгое время существовало мнение, что данный «физический потолок» невозможно преодолеть. Но команда учёных из Японии и Германии разработала инновационный метод, который позволяет обойти предел Шокли — Квайзера, определяющий максимальную эффективность солнечных элементов. В ходе эксперимента им удалось достичь квантового выхода на уровне около 130%.
Исследование, проведенное учеными из Университета Кюсю и Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, основано на принципе синглетного деления. Этот процесс позволяет одному высокоэнергетическому фотону создавать два экситона (переносчика энергии) вместо одного. Однако ранее существовала серьезная проблема: паразитный перенос энергии, который «поглощал» часть энергии до того, как происходило деление.
Команда исследователей нашла решение, применив молибденовый комплекс — «спин-флип» эмиттер, который выбирает момент для захвата энергии только после формирования триплетных экситонов. В этой системе электрон меняет свой спин под воздействием ближнего инфракрасного света, что позволяет более эффективно поглощать энергию на правильном этапе, как сообщает Scitech Daily.
В результате эксперимента с тетраценовыми материалами система достигла квантового выхода 130%, что превысило предыдущий предел в 100%. Это означает, что на каждый поглощённый фотон активировалось около 1,3 молибденовых комплексов, что позволило создать больше носителей энергии, чем количество падающих фотонов. Современные фотоэлементы используют лишь треть энергии солнечного света: низкоэнергетические фотоны не могут возбуждать электроны, а избыток энергии от высокоэнергетических фотонов теряется в виде тепла. Метод синглетного деления помогает использовать эту избыточную энергию, что потенциально может значительно повысить эффективность солнечных панелей.
На текущий момент исследование находится на стадии проверки концепции. Следующий шаг — интеграция новых материалов в твердотельные системы для создания практических фотоэлектрических устройств. Результаты могут быть полезны не только в солнечной энергетике, но также в светодиодах и квантовых технологиях, которые используют управление спиновыми состояниями.
Запись Преодолен предел преобразования солнечной энергии впервые появилась K-News.
