В каждом обычном солнечном элементе на основе кремния существует абсолютный предел общей эффективности, частично основанный на том факте, что каждый фотон света может выбить только 1 электрон, даже если этот фотон несет двойное количество энергии, необходимое для этой цели. Однако теперь исследователи продемонстрировали метод, заключающийся в том, что высокоэнергетические кремниевые фотоны будут разрушать 2 электрона вместо 1, открывая дверь в новый тип солнечного элемента с большей эффективностью, чем считалось ранее возможным.
Основная концепция новой технологии была известна в течение десятилетий. По словам профессора, принимающего участие в исследовании, перевод этого метода в полноценное, функциональное соединение по кремнию потребовал многих лет напряженной работы.
Оригинальные исследования показали производство 2 электронов из 1 фотона, но это было сделано с органическим фотоэлектрическим элементом, который гораздо менее эффективен, чем фотоэлектрический кремниевый элемент. Оказалось, что перенос 2 электронов из верхнего собирающего слоя, изготовленного из нафтацена, в кремниевую ячейку "был непростым", говорит ученый.
В отчете говорится, что ключом к разделению энергии 1 фотона на 2 электрона является класс материалов, которые имеют "возбужденные состояния", называемые экситонами. Их можно использовать для изменения энергии, разрезать пополам, объединить. В этом случае они подвергаются процессу, называемому синглетным расщеплением отдельных экситонов. Таким образом, энергия света разделяется на две отдельных, независимо движущихся энергетических пакета. Материал сначала поглощает фотон, создавая экситон, который быстро расщепляется на 2 возбужденных состояния, каждое с частичным количеством первичной энергии.
Самым сложным было объединить эту энергию с кремнием, материалом, который не является "экситонным". В качестве промежуточного шага команда попыталась объединить энергию из захватывающего слоя в материал, называемый квантовыми точками. В результате ученые добились своего.
