Потеря энергии солнечными панеля решена: ученые создали технологию по сбережению энергии

Сбор “горячих электронов” поможет получить большое количество солнечной энергии.

Учеными Гронингенского университета и Наньянского технологического университета было разработано средство, которое позволяет эффективно использовать потраченные из полупроводников электроны. Это означает, что солнечные панели с с нулевым излучением могут собирать еще больше энергии. Такие результаты исследований ученых были опубликованы 15 ноября 2019 года в журнале Science Advances.

Все зависит от просчетов, заявил профессор сверхбыстрой спектроскопии Университета Гронингена Максим Пшеничников. Теоретически эффективность этой технологии может составлять до 25-30%. 

Прорыв может стать еще одним шагом в стремлении сделать солнечные панели максимально эффективными. В отчете Международного агентства по возобновляемым источникам энергии утверждается, что к 2050 году солнечная энергия может стать вторым по величине источником мировой энергии сразу после энергии ветра. В сочетании с экономичностью и другими технологическими достижениями, мир может найти путь к сокращению выбросов с уровня 2020 года до 70 процентов.

Стоимость солнечных панелей постоянно снижается. Помимо этого, ученые не перестают работать над улучшением эффективности их работы. Так, максимальная эффективность современных кремниевых панелей в лабораториях составляет 26.7%. Новые идеи, такие как соединённые ячейки, позволяющие собирать различные полосы света, могут достигать 46% эффективности. Другие идеи включают использование воды для охлаждения панелей и затем использование нагретой воды для обогрева помещения, а также размещение ячеек с обеих сторон для сбора света, который отражался бы от земли.

С прорывом Пшеничникова исследователи могут добавить еще один инструмент в свой комплект.

Горячие электроны: как они работают

В обычных фотоэлектрических солнечных элементах, которые мы можем наблюдать на крышах домов или в полях, полупроводники берут фотоны из света и преобразуют его в электрический ток.

Иногда фотоны несут недостаточно энергии, и они проходят сквозь материал. Иногда фотоны несут слишком много энергии, и материал не может поглотить всё. Избыточная энергия, «горячие электроны», вместо этого преобразуется в тепло. Идеальные фотоны имеют уровень энергии, измеряемый шириной зазора, разницей между самой высокой занятой молекулярной орбиталью и самой низкой незанятой молекулярной орбиталью. Лучший способ собрать больше фотонов - это расширить зазор.

Команда ученых расширила зазор благодаря органически-неорганическому гибридному перовскитному полупроводнику, соединив с органическим составом, называемым батофенантролином. Затем они использовали лазерное излучение для возбуждения электронов и изучения их поведения.

«Мы использовали метод, называемый импульсным зондированием, для возбуждения электронов в два этапа и изучения их в фемтосекундных временных масштабах», - сказал Пшеничников. 

Команда исследователей обнаружила, что органическое соединение действительно поглощает горячие электроны. И если им действительно удастся создать такое устройство, эффективность солнечных панелей возрастет в несколько раз.