Эффективность солнечного элемента показывает, какой процент падающего солнечного света преобразуется в электрическую энергию. В зависимости от материала элемента эффективность имеющихся в продаже солнечных элементов составляет от 10 до 26% – последний показатель достигается только в лабораторных условиях.
Гораздо большей эффективности достигают только многопереходные солнечные элементы, которые состоят из двух или более солнечных элементов разного типа, расположенных один над другим. Уже созданы элементы, эффективность которых в лаборатории достигает 47%.
Исследователи из Мадридского университета Комплутенсе в Испании впервые разработали солнечный элемент, эффективность которого теоретически может достигать 60%. Он работает на основе фосфида галлия и титана.
Эффективность солнечных элементов имеет определенный верхний предел, зависящий от материала. Это называется пределом Шокли — Квиссераа. По данным Института Фраунгофера, кремний, который в настоящее время является наиболее распространенным материалом в конструкции солнечных элементов, позволяет достигать эффективности только 29,4%, если принять во внимание оже-рекомбинацию (согласно Википедии, это механизм рекомбинации в полупроводниках, при котором лишняя энергия передаётся другому электронному возбуждению). Это означает, что 70% солнечного света, попадающего на солнечный элемент, «гаснет» и не преобразуется в электричество. Это связано со спектром света, падающего на солнечный элемент.
В случае с новым фотоэлементом этот предел почти в два раза выше из-за свойств материала, пишет Interest Engineering. Команда работает с фосфидом галлия и титаном с 2009 года, но на производство первых элементов с их помощью потребовалось 15 лет. Размер прототипа составляет один квадратный сантиметр.
Однако, вероятно, пройдет еще много времени, прежде чем такой солнечный элемент сможет фактически генерировать электроэнергию и будет готов к коммерческому использованию. Прототип не только крошечный, но и далеко не такой эффективный, как те 60%, которые физически позволяет достигать материал.
Тем не менее, производство этого солнечного элемента является важным шагом. В какой-то момент разработка обычных кремниевых солнечных элементов застопорится, вероятно, до того, как при массовом производстве будет достигнута максимальная эффективность в 29,4%. Тогда было бы хорошо, если бы были доступны технологии-преемники, способные преодолеть это препятствие. Кроме того, новый солнечный элемент может быть использован в качестве тандемного элемента для дальнейшего повышения эффективности.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Materials Today Sustainability.