Nowe baterie pochłaniają do 96% promieni słonecznych na określonej długości fali oraz 85% całego padającego na nie światła słonecznego. Jest to rekord wśród materiałów stworzonych specjalnie w celu zwiększenia ilości światła pochłanianego przez ogniwo fotoelektryczne.

Harry Atwater – jeden z konstruktorów baterii – twierdzi, że istnieje wiele materiałów dobrze pochłaniających światło, lecz nie generują one prądu elektrycznego. W tym przypadku wyjątkowy stopień pochłaniania promieni słonecznych zapewnia nowa generacja nośników ładunku elektrycznego. 

Doświadczenie wykazało niezwykle wysoką zewnętrzną i wewnętrzną efektywność kwantową wykorzystanego półprzewodnika podczas pochłaniania przez niego fotonów. Nowe baterie mają więc rekordowo wysoką wydajność. Najbardziej zadziwiające jest jednak to, że w szeregu skonstruowanych prototypów dochodziło do efektywnego  pochłaniania światła przy pokryciu krzemieniowym, zajmującym zaledwie od 2 do 10% całkowitej powierzchni baterii, oraz mniej niż 5% warstwy roboczej. Pozostałą część nowego układu zajmuje zwykły przezroczysty polimer.

Cały sekret polega na wielkiej liczbie mikroskopijnych kolumienek z krzemu, ułożonych prostopadle do podstawy panelu. Na pomysł zbudowania takiej mikro- a nawet nanopułapki dla promieni słonecznych naukowcy wpadli już kilka lat temu, jednakże autorzy nowej baterii znacznie udoskonalili projekt. Po przeprowadzeniu licznych doświadczeń z różnymi parametrami kolumienek, których ostateczna średnica wynosi 1 mikrometr, a długość 30-100 mikrometrów, oraz różnymi odległościami pomiędzy nimi, okazało się, że największa wydajność osiągana jest wówczas, gdy kolumienki nie są ułożone zbyt blisko siebie. Przestrzeń pomiędzy nimi sprzyja wielokrotnemu odbijaniu się promieni. Fotony, które nie są pochłaniane przez krzem, odbijają się nie w górę, lecz na boki, przechodząc na sąsiadujące kolumienki.

Naukowcy stwierdzili również, że nowa bateria o wiele lepiej, niż bateria klasyczna, pochłania światło padające pod różnymi kątami, nie wymagając dokładnego nakierowania jej w stronę Słońca. Na razie technologia ta funkcjonuje tylko na niewielkich próbkach o średnicy 10 milimetrów, już niedługo naukowcy skonstruują i przetestują analogiczne ogniwa o większych rozmiarach. JSL

źródło: media.caltech.edu