Учени откриха нов обещаващ материал за соларни панели, който задържа топлината 1000 пъти по-дълго

Изследователи от Университета в Грьонинген, Нидерландия установиха перспективен материал за соларни панели, който е способен да задържа енергията на „горещите“ електрони приблизително 1000 пъти по-дълго от обичайното. Откритието може да помогне за преодоляване на теоретичната граница на КПД-то на соларните елементи, която дълго време се оценяваше на около 33%.

Соларните панели преобразуват енергията на слънчевата светлина в електричество с помощта на фотони, които предават енергията на електроните. Най-енергичните фотони създават така наречените „горещи“ електрони, способни да генерират повече електроенергия, но те почти веднага губят излишната енергия под формата на топлина. Именно това бързо охлаждане не позволява ефективното използване на допълнителната енергия. Новото проучване продължава изследванията върху перспективен материал на основата на калай, в който процесът на охлаждане на „горещите“ електрони се оказа приблизително 1000 пъти по-бавен.

Изследователите са установили, че необичайното поведение на материала се обяснява с едновременното действие на два физични ефекта. Първият е наречен „hot phonon bottleneck“. При него средата около електроните бързо се нагрява, след което електроните започват да поглъщат повторно топлинна енергия и по-дълго поддържат висока температура. Вторият ефект, известен като ефект на Бурщейн-Мос (Burstein-Moss effect) създава своеобразен затор на достъпните енергийни нива, тъй като охлаждащите се електрони бързо запълват свободните места на по-ниските енергийни нива, блокирайки пътя на останалите.

В резултат на това на другите „горещи“ електрони им става по-трудно да отдават енергия и да преминават към по-ниски нива. Учените сравняват този процес с качването на пътници в самолет: първите заемат местата отпред, а останалите трябва да минават по-назад в салона. И двата ефекта вече са били известни на физиците, но ново проучване показа, че именно тяхното съвместно действие позволява на материала значително да удължи времето за охлаждане на „горещите“ електрони.

Според изследователите съчетанието от необходимите електронни, фононни и химични свойства при интензивно осветяване на материала създава условия за свръхдълго охлаждане, което потенциално може да се използва в устройства. Ако този подход успее да бъде приложен в слънчевите клетки, той ще спомогне за повишаване на ефективността на преобразуването на слънчевата светлина и за преодоляване на отдавна установената теоретична граница от 33%. Можете да намерите повече подробности за изследването в списанието ACS Energy Letters.