Нидерландские физики разработали новый тип гибридных солнечных модулей на основе перовскитов. Изначально их КПД составил 9%. Однако, ученые обнаружили, что если задействовать энергию так называемых горячих электронов, то эффективность новых солнечных элементов можно повысить до рекордных 66%. Пока, правда, только в лабораторных условиях. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

КПД солнечных панелей напрямую зависит от достижения «золотой середины»: для преобразования фотонов в свободные электроны необходимо идеально выверенное количество энергии. Если ее слишком мало, то фотон «проскальзывает» сквозь солнечный модуль. Если энергии слишком много, то ее излишки превращаются в тепло и не способствуют увеличению электрического напряжения. Иными словами, энергия, рассеиваемая горячими электронами, становится неэффективной и теряется в виде тепла.

Физикам из Гронингенского университета (Нидерланды) удалось решить эту проблему, причем решение нашлось случайно. Исследователи разрабатывали гибридные органическо-неорганические перовскитные модули. Большинство панелей такого типа производят с использованием свинца, который известен своей токсичностью. Ученые заменили свинец менее вредным оловом и добились КПД 9% — это уже был рекордный показатель для такого типа панелей.

В ходе дальнейших исследований нидерландские физики обнаружили, что горячие электроны в модулях на основе олова растрачивали энергию намного медленнее, чем обычно. «Горячие электроны рассеивали энергию спустя несколько наносекунд, а не несколько сотен фемтосекунд», — цитирует автора исследования Марию-Антуанетту Лои Science Daily.

Благодаря этой «суперспособности» энергию, рассеиваемую горячими электронами, можно собрать до того, как она превратится в тепло. В результате можно увеличить напряжение в солнечных модулях. Физики подсчитали, что использование горячих электронов позволит повысить КПД новых солнечных элементов до 66%. Ученые пока пытаются понять, почему олово оказывает такой эффект. Понимание механизма этого явления поможет физикам еще больше замедлить рассеивание энергии и создать еще более эффективные перовскитные панели.

В декабре ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны представили самые надежные перовскитные фотоэлементы с КПД 19%. При лабораторных тестах эффективность модулей оставалась неизменной в течение 1000 часов, что равно 1333 дням, или 3,7 годам использования в полевых условиях.