Комбинируя чередующиеся слои нанометровых и микрометровых частиц, команда инженеров из Университета Миннесоты смогла повысить эффективность солнечной панели на целых 26%. Новая конструкция фотоэлектрической панели основана на микроскопических сферах, в которых свет «рикошетит» и используется максимально эффективно.

Ученые сосредоточили свои усилия на совершенствовании перспективных солнечных ячеек, известных как солнечные элементы на сенсибилизированном красителе (DSSC). Они изготавливаются из диоксида титана (TiO₂), светочувствительного материала, который обходится дешевле, чем традиционные кремниевые солнечные батареи. Кроме того, современные солнечные панели быстро приближаются к теоретическому пределу своей эффективности, в то время как DSSC потенциально имеют намного больший КПД. К сожалению, до сих пор от DSSC удавалось добиться лишь на 10% большей эффективности, но открытие американских ученых может решить эту проблему.

Одной из причин низкой эффективности является то, что свет инфракрасной части спектра плохо утилизируется солнечной ячейкой.

Новый слоистый дизайн увеличивает путь света через солнечные ячейки и преобразует в электроэнергию больший диапазон электромагнитного спектра. Новые ячейки состоят из микронных сфер с нанометровыми порами между слоями наноразмерных частиц.

Сферы, сделанные из TiO₂, действуют как плотно упакованные пружинящие столбики в игре пинбол. Они «отфутболивают» фотоны и заставляют их метаться внутри поля сфер, после чего фотоны проходят через ячейку солнечной панели. Каждый раз, когда фотон ударяется об одну из сфер, производится небольшой электрозаряд.

Интерфейс между слоями также помогает повысить эффективность преобразования света в электричество, действуя как зеркало и сохраняя свет внутри солнечной панели. Новая технология увеличения эффективности сбора и трансформации солнечного света в энергию может быть легко интегрирована в существующие коммерческие панели типа DSSC.