MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Исследователи из Университета Гронингена в Нидерландах выяснили, почему перспективный материал для солнечных панелей способен удерживать энергию «горячих» электронов примерно в 1000 раз дольше обычного. Открытие может помочь преодолеть теоретический предел эффективности солнечных элементов, который долгое время оценивался примерно в 33 %.
Источник изображения: Chelsea/Unsplash
Солнечные панели преобразуют энергию солнечного света в электричество с помощью фотонов, которые передают энергию электронам. Наиболее энергичные фотоны создают так называемые «горячие» электроны, способные дать больше электричества, однако они почти сразу теряют избыток энергии в виде тепла. Именно это быстрое охлаждение не позволяет эффективно использовать дополнительную энергию. Новая работа продолжает исследования перспективного материала на основе олова, в котором процесс охлаждения «горячих» электронов оказался примерно в 1000 раз медленнее.
Источник изображения: Faber et al., ACS Energy Letters, 2026
Исследователи установили, что необычное поведение материала объясняется одновременным действием двух физических эффектов. Первый получил название фононного узкого горлышка (hot phonon bottleneck). При нём окружающая электроны среда быстро нагревается, после чего электроны начинают повторно поглощать тепловую энергию и дольше сохраняют высокую температуру. Второй эффект, известный как эффект Бурштейна-Мосса (Burstein-Moss effect), создаёт своеобразную пробку на доступных энергетических уровнях, поскольку остывающие электроны быстро заполняют свободные места на нижних энергетических уровнях, блокируя путь для остальных.
В результате другим «горячим» электронам становится сложнее отдавать энергию и переходить на более низкие уровни. Учёные сравнивают этот процесс с посадкой пассажиров в самолёт: первые занимают места впереди, а другим приходится проходить дальше вглубь салона. Оба эффекта уже были известны физикам ранее, однако новое исследование показало, что именно их совместное действие позволяет материалу значительно продлевать время охлаждения «горячих» электронов.
По мнению исследователей, сочетание необходимых электронных, фононных и химических свойств при интенсивном освещении материала создаёт условия для сверхдолгого охлаждения, которое потенциально можно использовать в устройствах. Если этот подход удастся применить в солнечных элементах, он поможет повысить эффективность преобразования солнечного света и выйти за давно установленный теоретический предел в 33 %. О деталях исследования, опубликованного в журнале ACS Energy Letters, сообщило издание TechRadar.
Источник:
