Hitech logo

Новые технологии

Новый материал для фотоэлементов в 1000 раз замедляет фотоны

TODO:
Георгий Голованов6 июня 2018 г., 10:37

Одно из препятствий в распространении солнечной энергии состоит в том, что фотоэлементы не слишком эффективны: максимальный теоретический КПД основных типов солнечных ячеек не превышает 29%. Для того чтобы повысить этот показатель, инженеры МТИ и Technion создали покрытие, которое заставляет свет по-новому взаимодействовать с материей.

Самые интересные технологические и научные новости выходят в нашем телеграм-канале Хайтек+. Подпишитесь, чтобы быть в курсе.

«Мы можем полностью управлять свойствами света, а не только измерять их, — говорит Янив Курман, один из участников проекта. — Обычно люди меняют материю во взаимодействии света и материи, но забывают про свет«.

В основе своей фотоэлемент — это полупроводящий материал, превращающий фотоны в электроны. Поверх него ученые предложили поместить сверхтонкую трехслойную пленку из арсенида галлия, арсенида индия-галлия и графена, которая позволяет менять проходящие сквозь нее фотоны.  

Принцип работы пленки состоит в том, чтобы заставить импульс фотонов точнее соответствовать импульсу электронов, который обычно на несколько порядков выше. Из-за большой разницы эти частицы взаимодействуют очень слабо, но если уменьшить разницу, можно будет лучше управлять происходящими в фотоэлементе процессами, пишет Inverse.

В частности, в такой тонкой пленке происходят квантовые изменения: фотоны взаимодействуют с парами противоположно заряженных частиц в решетчатой молекулярной структуре, производя квазичастицу плазмон-поляритон: меньшую по размеру и скорости электромагнитную волну, которая ближе по импульсу к электрону. В итоге, полупроводнику становится проще ее поглощать.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics, еще не завершено, но расчеты уже указывают на то, что этот материал способен замедлить фотоны в 1000 раз. Это значит, что можно будет с легкостью конвертировать в энергию более широкий спектр света. Использовать их можно будет для создания сверхчетких проекторов, лазеров и «многого того, о чем мы пока даже не имеем представления», как сказал соавтор работы Николас Ривьера.

Недавно немецкие ученые разработали новую технологию печати перовскитных солнечных элементов с рекордным КПД — 12,6%. Кроме того, они выгодно отличаются простотой в производстве.