Органично покритие може да увеличи КПД на фотоволтаиците

Покритие от органичен материал може да увеличи ефективността на преобразуването на енергия при фотоволтаиците много над днешните граници.

0
органично покритие на фотоволтаици
Снимка/Максим Табачник

Изследователи от Университета Кеймбридж са разработили хибриден материал от пентацен (органичен полупроводник) и нанокристали от оловен селенид (PbSe) (неорганичен полупроводник). Материалът може да събира тъмни спин-тройка екситони (екситон – квазичастица с нулев заряд) със 100% ефективност.

Това проучване, резултатите от което са публикувани в журнала Nature Materials, отбелязва първия път, в който енергия от тройни екситони се пренася от органични на неорганични полупроводници. Преди това проучване единственият възможен начин за такъв пренос е бил само със спин-единични екситони.

Процесът, който възниква в соларните клетки, включва абсорбиране на фотони от източник на светлина (обикновено слънцето) и преминаване на фотоните във възбудени състояния, наричани екситони. Екситоните се движат към позитивни-негативни (p-n) интерфейси, където зарядите са разделени – позитивните заряди са събрани в анодите, а негативните заряди са събрани в катодите. Оттам зарядите се изпращат към външна верига за производство на електричество.

[pull_quote_center]Ключът към създаването на по-добра соларна клетка е възможността да се извлекат електроните от тези тъмни тройка екситони,[/pull_quote_center]казва Максим Табачник, учен от лабораторията Кавендиш на Университета Кеймбридж, който е водещ автор на проучването. [pull_quote_center]Ако можем да комбинираме материали като пентацен със стандартни полупроводници като силикон, това би ни дало възможност да преодолеем фундаменталния таван на ефективност на соларните клетки.[/pull_quote_center]

Това ограничение, познато като предела на Shockley-Queisser, е базирано на убеждението, че соларните клетки с една p-n връзка могат да превърнат не повече от 33,7% от енергията на слънцето в електричество.

Обаче тези хибридни соларни клетки биха могли да достигнат ефективност на преобразуване на енергия от 46%, което е доста над предела на Shockley-Queisser, съобщава Табачник на IEEE Spectrum.

Предстои да видим дали този хибриден материал може да се справи по-добре в реални прототипи. Според Табачник има интерес към комерсиализиране на технологията. За тази цел екипът от учени в момента разработва евтино покритие от органичен материал, което да може да се използва за увеличаване на ефективността на преобразуването на енергия при соларните клетки от силикон.