Na łamach periodyku Science Advances możemy zapoznać się z artykułem dwóch naukowców z Uniwersytetu Lehigh w Pensylwanii (USA). Srihari M. Kastuar i Chinedu E. Ekuma opracowali nowatorski materiał kwantowy, który pozwoli panelom słonecznym osiągnąć sprawność konwersji energii na poziomie, jakiego jeszcze dotąd nie było. Wykonali oni prototyp ogniwa fotowoltaicznego z warstwą aktywną, która charakteryzowała się współczynnikiem absorpcji rzędu 80 proc.
Czytaj też: Takie są fakty. Recykling paneli słonecznych nawet nie wypłynął na głębię – wciąż tkwimy w brodziku
Co więcej, zewnętrzna wydajność kwantowa (ang. external quantum efficiency, EQE) sięgnęła nawet 190 proc., co przekracza granicę wydajności Shockleya-Queissera, czyli teoretyczną maksymalną wartość EQE dla krzemowych materiałów. Materiał kwantowy został opracowany z wykorzystaniem „przerw van der Waalsa”, czyli małych przerw wielkości atomu, które występują pomiędzy materiałami dwuwymiarowymi.
Nowy materiał kwantowy sprawi, że wydajność paneli słonecznych znacznie wzrośnie
Prace nad materiałem polegały na umieszczeniu atomów miedzi (Cu) pomiędzy warstwami dwuwymiarowego materiału zbudowanego z selenku germanu (GeSe) i siarczku cyny (SnS) – czytamy w komunikacie prasowym EurekAlert. Materiał okazał się skutecznie absorbować światło zarówno w zakresie podczerwieni, jak i w widzialnym spektrum.
Czytaj też: Chińczycy przekroczą magiczną granicę. Chodzi o wydajność paneli słonecznych
Autorzy badań tłumaczą, że główną zasługą takiego sukcesu było osiągnięcie odpowiednich, jak to określili, „pośrednich stanów pasm” (ang. intermediate band states). Mowa tutaj dokładnie o konkretnych poziomach energii, które są rozmieszczone w strukturze materiału w taki sposób, że doskonale przeprowadzają konwersję energii słonecznej.
O współczynniku EQE nie słyszymy zbyt często w kontekście badań nad ogniwami słonecznymi. Warto przypomnieć, że wartość 100 proc. odpowiada wygenerowaniu i zebraniu jednego elektronu na każdy padający foton. Osiągnięcie EQE na poziomie 190 proc. oznacza więc, że zbierane jest niemal dwukrotnie więcej elektronów z tej samej ilości fotonów. W ostatnich latach udawało się tworzyć materiały wykazujące wartość współczynnika powyżej 100 proc., ale osiągnięcie uczonych z Uniwersytetu Lehigh jest czymś kompletnie odstającym od dotychczasowych sukcesów w tej dziedzinie.
Czytaj też: Jak zwiększyć wydajność paneli słonecznych? Oto mało znany sposób
Prędkiej komercjalizacji nowego materiału kwantowego nie powinniśmy się jednak spodziewać. Wciąż potrzeba kolejnych badań naukowych nad dostosowaniem wynalazku do obecnych systemów produkcji i eksploatacji paneli słonecznych. Niemniej naukowcy zapewniają, że laboratoryjne eksperymenty były już na bardzo zaawansowanym poziomie, a ich materiał można nazwać “obiecującym kandydatem do wysokowydajnych ogniw fotowoltaicznych nowej generacji”.