Международная команда исследователей из Университета Кюсю и Университета Иоганна Гутенберга в Майнце совершила революционный прорыв в солнечной энергетике, достигнув квантового выхода 130%. Это означает, что солнечная система теперь может генерировать больше энергетических носителей, чем количество поглощаемых фотонов, что ранее считалось физически невозможным.
Десятилетиями солнечная технология ограничивалась пределом Шокли-Квейссера, согласно которому один фотон может возбудить только один электрон в полупроводнике. Избыточная энергия высокоэнергетических фотонов (например, синего света) обычно терялась в виде тепла.
Фото: Interesting Engineering
Новый метод использует явление синглетного деления (SF), которое часто называют «технологией мечты». В этом процессе один высокоэнергетический синглетный экситон расщепляется на два низкоэнергетических триплетных экситона, теоретически позволяя одному фотону выполнять работу двух.
Хотя концепция синглетного деления не нова, захват «умноженных» экситонов до сих пор оставался практически невозможным. Обычно процесс Фёрстеровского резонансного переноса энергии (FRET) «крал» энергию до того, как ее можно было собрать.
Для решения этой проблемы исследовательская группа разработала специализированный металлический комплекс на основе молибдена. Этот «спин-флип» эмиттер игнорирует расточительный процесс FRET благодаря селективному сбору энергии.
Переворачивая спин электрона во время поглощения света, комплекс достигает спинового выравнивания, становясь идеальным «ловцом» для триплетной энергии, производимой делением.
В результате сочетания этого комплекса с материалами на основе тетрацена команда достигла квантового выхода 130%, что означает возбуждение примерно 1,3 молибденовых комплексов на каждый поглощенный фотон.
«Нам нужен был акцептор энергии, который селективно захватывает умноженные триплетные экситоны после деления», – объяснил доцент Йоичи Сасаки из Университета Кюсю.
Традиционные солнечные элементы обычно работают по принципу «один фотон — один электрон» с максимальным квантовым выходом 100%. Однако новый метод синглетного деления позволяет достичь потенциального соотношения один-к-двум и уже достиг выхода 130% с теоретическим пределом в 200%.
Исследователи сейчас работают над переходом этой технологии в твердотельное состояние. Цель — интегрировать эти молекулярные «умножители» в работающие солнечные элементы, светодиоды и даже квантовые компьютеры следующего поколения.
Если технология окажется успешной, это может привести к созданию сверхвысокоэффективных панелей, производящих значительно больше электроэнергии из того же количества солнечного света, что ускорит глобальный переход от ископаемого топлива.
Источник: Interesting Engineering
Оцените новость 0 0 0 0 0 0 0
- Синглетноеделение
- Квантовыйвыход
- Солнечнаяэнергетика
- Научныйпрорыв
- Молибденовыйкомплекс