Физики создали солнечную батарею с невозможной мощностью | Журнал интересных вещей

Физики создали солнечную батарею с невозможной мощностью

КПД батареи — 132%.

Физики создали солнечную батарею с невозможной мощностью

Материал позволяет переводить все фотоны в электроны

Исследователи из Университета Аалто разработали фотоэлектрическое устройство с внешней квантовой эффективностью 132 процента. Этот невероятно звучащий подвиг был достигнут с использованием наноструктурированного черного кремния и может стать крупным прорывом для солнечных элементов и других фотодетекторов.

Если гипотетическое фотоэлектрическое устройство имеет внешнюю квантовую эффективность 100 процентов, это означает, что каждый фотон света, падающий на него, генерирует один электрон, который проходит через цепь и собирается в виде электричества.

Это новое устройство является первым, которое не только достигает 100-процентной эффективности, но и превышает ее. При 132 процентах это означает, что вы получаете в среднем 1,32 электрона на каждый фотон. Он был изготовлен с использованием черного кремния в качестве активного материала с наноструктурами в форме конусов и столбцов, поглощающих УФ-свет.

Очевидно, у вас не может быть 0,32 электрона, но, говоря другими словами, у вас есть 32-процентная вероятность создать два электрона из одного фотона. На первый взгляд это может показаться невозможным — в конце концов, физика утверждает, что энергия не может быть создана из ничего. Так откуда же берутся эти лишние электроны?

Все сводится к тому, как в целом работают фотоэлектрические материалы. Когда фотон падающего света попадает в активный материал — обычно кремний — он выбивает электрон из одного из его атомов. Но при определенных обстоятельствах один фотон высокой энергии может вытолкнуть два электрона, не нарушая никаких законов физики.

Само собой разумеется, что использование этого явления может быть чрезвычайно полезным для улучшения конструкции солнечных элементов. Во многих фотоэлектрических материалах эффективность теряется по нескольким причинам, включая отражение фотонов от устройства или рекомбинацию электронов с "дырой", которую они оставили в атоме, прежде чем они могут быть собраны схемой.

Но команда Аалто утверждает, что в значительной степени эти препятствия устранены. Черный кремний поглощает гораздо больше фотонов, чем другие материалы, а наноструктуры конуса и столбика уменьшают рекомбинацию электронов на поверхности материала.

В совокупности эти достижения позволили создать устройство со 130-процентной внешней квантовой эффективностью. Команда даже провела независимую проверку этих результатов в Немецком национальном метрологическом институте Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB).

Исследователи говорят, что такая рекордная эффективность может улучшить работу практически любого фотодетектора, включая солнечные элементы и другие датчики света, и что новые детекторы уже производятся для коммерческого использования.