Химики из Университета имени Фридриха-Александера Эрланген-Нюрнберг (FAU) разработали метод, который может значительно повысить эффективность фотоэлементов. По словам ученых, синглетное расщепление в сенсибилизированных красителем фотоэлементах позволяет теоретически удвоить внутренний энергетический выход по сравнению с обычными кремниевыми фотоэлементами.
Недостатком кремниевых фотоэлементов является то, что максимально они могут достичь эффективности в 33% (предел Шокли-Киссера), поскольку внешние факторы приводят к значительным потерям энергии. «Эффективность самых производительных кремниевых фотоэлементов уже почти достигла 30%, поэтому эта технология почти исчерпала себя», — объясняет доктор Андреас Кунцманн из Отделения физической химии I. «Новые импульсы может принести только альтернативный технологический подход».
С помощью синглетного расщепления фотоны возбуждают не один, а два электрона. Этот принцип не нов, но до сих пор этот процесс можно было обнаружить только в растворах или высококристаллических материалах, что не является оптимальным условием для использования в солнечных батареях. В сотрудничестве с химиками из Университета Альберты, Канада, ученые из Эрлангена создали более практичную структуру. Они синтезировали новую молекулу пентацена — твердое углеводородное соединение, поглощающее солнечный свет как органический краситель. Пентацен объединили с фотоэлектродом из оксида цинка-индия и электролитом лития и йода. Д-р Андреас Кунцманн: «Такая структура выводит синглетное расщепление из сферы фундаментальных исследований в область практического применения».
При синглетном расщеплении в сенсибилизированных красителем фотоэлементах внутренний энергетический выход теоретически может быть удвоен по сравнению с обычными кремниевыми ячейками. В настоящее время химики из Эрлангена достигают эффективности в среднем 130%. «В настоящий момент мы сохраняем напряжение очень низким, потому что одновременное возбуждение электронов в соседних молекулах все еще имеет слишком высокие потери энергии», объясняет доктор Кунцманн. «Если мы научимся лучше контролировать процессы, ведущие к потерям, то мы также сможем повысить эффективность». Параллельно исследователи работают над долговечностью своей разработки, чтобы создать условия для ее промышленного производства.
Источник: https://idw-online.de/de/news700922