Новая система поглощения света поднимет эффективность солнечных батарей до 38%

Светособирающая система современных фотоэлементов не слишком эффективна. Элементы изготавливаются обычно из кремния, и хотя этот материал поглощает весь видимый спектр, его поглощательная способность очень низкая. Поэтому солнечным элементам требуется толстый слой кремния, поэтому они такие тяжелые.

Ученые из Вюрцбургского университета черпали вдохновение у природных систем – растений и бактерий, которые используют для фотосинтеза широкий спектр света. Для этого у них имеются тонкие и легкие органические красители, которые исследователи и попытались воспроизвести.

Они разработали светособирающую антенну из четырех различных мероцианиновых красителей, https://interestingengineering.com/energy/light-harvesting-e... IE. Их аккуратно наложили друг на друга определенным образом, чтобы они обеспечивали сверхбыстрый и эффективный транспорт энергии. Прототип был назван URPB по первым буквам диапазонов поглощаемого излучения: ультрафиолетового, красного, фиолетового, синего.

Для оценки эффективности светособирающей системы ученые измерили квантовый выход флюоресценции – объем энергии, которую излучает система в форме свечения. Оказалось, что красители вырабатывают флюоресценцию из 38% падающего на них света. Для сравнения, по отдельности они преобразуют в свечение всего не более 3%.

«Зонная структура нашей системы как у неорганического полупроводника. Это значит, что она поглощает панхроматически по всему видимому спектру, - сказал профессор Франк Вюртнер. – И она использует высокие коэффициенты поглощения органических красителей. Это значит, что, как и природные светособирающие системы, она может поглощать много световой энергии с помощью относительно тонкого слоя».

Группа ученых из США продемонстрировала новый полупроводник для расщепления воды под действием фотокатализа, который использует широкий спектр солнечного света, включая инфракрасный. При этом он компактный и относительно дешевый, причем со временем не портится, а становится лучше.