Солнце на максималках: как учёные обошли 60-летний лимит эффективности солнечных панелей

Более шестидесяти лет физики и инженеры жили с осознанием того, что солнечная энергетика имеет свой «стеклянный потолок». Предел Шокли — Квайссера (Shockley-Queisser limit) чётко определял: даже самый совершенный однопереходный фотоэлемент не сможет преобразовать в электричество более чем 33.7% солнечного света. Остальная энергия просто рассеивается в виде тепла, вынуждая разработчиков бороться за каждую долю процента в пределах коммерческих 25%. Однако международная группа учёных из Японии и Германии решила, что правила созданы для того, чтобы их пересматривать.

Основная проблема современных панелей заключается в том, что они «разборчивы». Солнечный свет — это широкий спектр, а полупроводники эффективно работают только с определённым диапазоном энергий. Фотоны с низкой энергией просто пролетают сквозь материал, а слишком «горячие» (высокоэнергетические) — мгновенно теряют свой избыток, превращаясь в тепло вместо полезной электроэнергии. Именно этот тепловой баланс и формирует ту самую фундаментальную границу, которую до сих пор считали непреложной.

Исследователи из Университета Кюсю (Kyushu University) сосредоточились на наиболее «проблемной» части спектра — синем свете. Он имеет высокую энергию, которая обычно просто тратится впустую. Чтобы обуздать эти фотоны, учёные использовали органическую молекулу тетрацен в сочетании с металлическим элементом молибденом. Такой тандем позволил реализовать процесс, который кажется математической ошибкой: получение двух зарядов из одного поглощённого фотона.

Ключом к успеху стало явление синглетного деления. В обычных условиях один фотон выбивает один электрон. В новой системе энергия одного высокоэнергетического фотона «расщепляется» на два возбужденных состояния. Результаты