Фотоэлементы, как известно, теряют энергию. В фотонах ее больше, чем то количество, которое могут принять солнечные панели. Чтобы сгенерировать электроны, кремниевой пластинке необходимо поглотить фотоны с энергией выше определенного значения, поскольку фотоны с меньшей энергией не могут производить электроны. А вот фотоны с большей энергией, чем бандгап (т.н запретная зона пластинки) — могут, но в этих электронах много избыточной энергии, которая теряется в виде тепла, пишет ARS Technica.

Все электроны, поступающие из солнечной панели, примерно равны ширине запретной зоны материала, из которого она сделана. И очевидно, что было бы неплохо сократить эти огромные потери энергии.

Поэтому китайские исследователи решили использовать наночастицы, легированные редкоземельным металлом иттербием. Он излучает цвет почти так же хорошо, как кремний его поглощает. А при некоторых условиях иттербий поглощает один синий или фиолетовый фотон, а испускает два инфракрасных.

Таким образом, кремний и иттербий создают уникальную комбинацию. Солнечная панель с редкоземельным металлом будет поглощать фиолетовый свет, а потом выпускать по два инфракрасных фотона на каждый синий фотон. Инфракрасные фотоны «не замечает» никто, кроме кремния — из которого, собственно, состоят солнечные батареи. Он поглотит эти фотоны и сгенерирует по два электрона с каждого синего фотона, попавшего в атом иттербия.

Исследователи считают, что такое взаимовыгодное сотрудничество увеличит эффективность солнечных панелей на 160%.

Но у новой технологии есть и дополнительные преимущества. Если взять материал из полимерного стекла с внедренными в него наночастицами, они будут поглощать синий и фиолетовый свет, свободно пропуская остальной спектр.

Абсолютно прозрачное стекло из такого материала можно вставить в окно, а раму сделать из кремния. Иттербий будет направлять излучаемый инфракрасный свет краям стекла, где его будет поглощать кремниевая пластина.

Пока, впрочем, это довольно неэффективная модель солнечной батареи из-за чрезмерных потерь. Синий свет генерирует инфракрасное излучение с эффективностью 180%, но при этом поглощается всего 3%. В будущем технологию могут усовершенствовать — например, за счет замены кремния на другой, гораздо лучше поглощающий инфракрасный свет материал. 

Над увеличением эффективности солнечных батарей работают во всем мире. Революционную технологию создали и в Японии: редкий эффект, неожиданно возникший в «сэндвиче» из полупроводника, золотой пленки и наночастиц золота, позволил уловить большую часть видимого спектра — в 11 раз больше аналогов.