Прорив бар’єру Шоклі-Квейсера за допомогою кріогенних кремнієвих сонячних батарей
Інноваційна сонячна панель, що розширює горизонти альтернативної енергетики
Дослідники з університетів Тайчжоу та Делавер здійснили прорив у світі сонячної енергетики, створивши першу експериментальну сонячну панель, яка подолала відомий бар’єр ефективності Шоклі-Квейсера для одношарових пристроїв. Інноваційна панель з н-тонкого монокристалічного кремнію досягла вражаючої ефективності перетворення потужності у 50-60% при кріогенних температурах від 30 до 50 К, значно покращивши поточні досягнення при кімнатних умовах. Це дослідження перевернуло уявлення про продуктивність фотогальванічних елементів у холоді.
Порушення традиційних уявлень
Загальноприйнятна думка, що звичайні сонячні панелі втрачають ефективність при низьких температурах, але ця панель користується цими умовами для досягнення нових висот. Звичайні системи “заморожуються” при температурах нижче 150 К, але новий дизайн використовує цей ефект на свою користь. Зменшення популяції фононів уповільнює охолодження “гарячих носіїв” енергії, що дозволяє отримати максимальну напругу, близьку до енергетичного забору кремнію.
Інновації у кожному аспекті
Справжній прорив вдалося досягти завдяки контролю “гарячих носіїв” при кріогенних температурах. Лазери, налаштовані безпосередньо над енергетичним забором, дозволяють генерувати рухомі фотони. Плоскі панелі товщиною менш ніж 3 мікрони оптимізовані для забезпечення балансу між глибиною проникнення та коефіцієнтом поглинання світла, що мінімізує ефект “заморожування”.
Нові горизонти використання
Продуктивність панелей зберігалася стабільною при різних інтенсивностях світла – від 0,01 до 1 сонця, що відкриває нові перспективи для їх застосування в умовах Місяця та глибинного космосу. Зараз команда дослідників працює над масштабуванням до панелей площею 4 см² для проведення екологічних тестувань. З метою енергозабезпечення роверів, що працюють у постійно затінених кратерах на Місяці, та забезпечення надійної енергії для надпровідникових електронних пристроїв при екстремально низьких температурах.
