МОСКВА, 19 янв -. Физики создали особые солнечные батареи, которые преобразуют энергию света в тепло, и запасают его в особом «теплонакопителе», откуда оно изымается для производства тока по мере необходимости, говорится в статье в журнале Nature Nanotechnology.
Обычные кремниевые фотоячейки не способны извлекать энергию из всех фотонов света. Это происходит потому, что фотоны «выбивают» электроны из кремния только в том случае, если их энергия будет находиться внутри так называемой «запрещенной зоны» - особом диапазоне энергий, которыми не может обладать электрон внутри кристалла полупроводника. Данная особенность сильно ограничивает КПД солнечных батарей, которое не может превысить 33,7%, так называемый предел Шокли-Квайссера.
Эвелин Вонг из Массачусетского технологического института (США) и ее коллеги предлагают обойти этот предел при помощи особых составных батарей, которые сначала преобразуют свет в тепло, и лишь потом превращают его в электрический ток.
Попытки создать подобные источники тока уже предпринимались, однако эффективность таких ячеек была крайне низкой (менее 1%) из-за того, что при высоких температурах эффективность всей системы в целом резко снижалась. Авторы статьи решили эту проблему при помощи специальной конструкции из углеродных нанотрубок и «одномерных» фотонных кристаллов из смеси кремния и его оксида.
«Лес» из углеродных трубок в этом приборе поглощает большую часть видимого света Солнца и преобразует его в тепло. В свою очередь, тепловая энергия попадает в фотонные кристаллы и заставляет их испускать фотоны со строго определенной энергией, идеально попадающей в запрещенную зону фотоэлемента, расположенного под ними.
Пока эффективность таких солнечных батарей остается крайне низкой - всего 3,2%, даже для достижения которых требуется «концентрация» света в 750 раз. Тем не менее, эти значения в разы и десятки раз лучше предыдущих показателей, и авторы статьи надеются, что им удастся достичь коммерчески успешных 20% КПД.