Wynaleźli nową fotowoltaikę. Działa niczym magia

Prototyp wykorzystujący nowy materiał jako warstwę aktywną w ogniwie słonecznym charakteryzuje się średnią absorpcją fotowoltaiczną na poziomie 80 proc. i zewnętrzną wydajnością kwantową (EQE) sięgającą niespotykanych dotąd 190 proc. Znacznie przekracza to teoretyczną granicę wydajności Shockleya-Queissera (określającej wydajność konwersji energii przez ogniwa) dla materiałów na bazie krzemu.

Więcej o energii ze Słońca przeczytasz na Spider`s Web:

W tradycyjnych ogniwach słonecznych maksymalne EQE wynosi 100 proc., co odpowiada wygenerowaniu i zebraniu jednego elektronu na każdy foton, jaki pada na panel fotowoltaiczny. Jednak niektóre zaawansowane materiały i ich konfiguracje opracowane w ciągu ostatnich kilku lat wykazały zdolność do generowania i zbierania więcej niż jednego elektronu z fotonów o wysokiej energii, co stanowi EQE przekraczające 100 proc.

Chociaż takie materiały (generujące wiele ekscytonów MEG) nie zostały jeszcze skomercjalizowane, mogą znacznie zwiększyć wydajności systemów fotowoltaicznych. W nowym materiale opracowanym przez Uniwersytet Lehigh możliwe jest wychwytywanie energii fotonów traconej przez tradycyjne ogniwa słoneczne, w tym w wyniku odbicia i wytwarzania ciepła. Badanie na ten temat opublikowano w Science Advances.

Naukowcy opracowali nowatorski materiał, wykorzystując małe przerwy (szerokości atomu) pomiędzy warstwowymi materiałami dwuwymiarowymi. Takim materiałem jest np. grafen. Aby opracować swój nowatorski materiał, badacze z Lehigh umieścili atomy zerowartościowej miedzi pomiędzy warstwami dwuwymiarowego materiału składającego się z selenku germanu (GeSe) i siarczku cyny (SnS).

Prototyp powstał po pracach teoretycznych i szeroko zakrojonym modelowaniu komputerowym.

Skok wydajności materiału można w dużej mierze przypisać jego specyficznym poziomom energii, które są rozmieszczone w strukturze materiału w sposób, który czyni je idealnymi do konwersji energii słonecznej.

Stany te charakteryzują się poziomami energii w optymalnych odstępach międzypasmowych – zakresami energii, w których materiał może skutecznie absorbować światło słoneczne i wytwarzać nośniki ładunku – wynoszącymi około 0,78 i 1,26 elektronowoltów. 

Chociaż zintegrowanie nowo zaprojektowanego materiału z obecnymi systemami energii słonecznej będzie wymagało dalszych badań i rozwoju, Ekuma zwraca uwagę, że technika eksperymentalna zastosowana do stworzenia tych materiałów jest już bardzo zaawansowana.