Учёные нашли скрытую потерю энергии в солнечных элементах

Исследователи из Института фотонных наук (ICFO) в Барселоне нашли способ уменьшить одну из скрытых потерь энергии в солнечных элементах. Новый подход позволяет контролировать не только поглощение солнечного света, но и направления, в которых фотоны покидают устройство.

Работа, опубликованная в Energy & Environmental Science, связана с так называемыми болцманновскими потерями. Они возникают из-за фундаментального свойства материалов: вещество, способное поглощать свет, одновременно может его излучать.

Почему направление излучения имеет значение?

Солнечная батарея получает свет от Солнца, которое занимает относительно небольшую область небосвода. Поэтому входящее излучение поступает на поверхность элемента в достаточно узком диапазоне углов.

При этом фотоны, возникающие внутри солнечного элемента, обычно могут выходить во многих направлениях. По мнению исследователей, такая разница между углом поглощения и углом излучения приводит к дополнительным энергетическим потерям.

Чтобы решить эту проблему, учёные разработали структуру, которая ограничивает направления выхода света из солнечного элемента.

В эксперименте команда под руководством профессора ICFO и UPC Жорди Мартореля использовала органический солнечный элемент на основе смеси PM6. Исследователи превратили его в своеобразную оптическую полость, которая подавляет излучение фотонов под большими углами, одновременно сохраняя возможность эффективно пропускать солнечный свет внутрь.

Такой подход позволяет уменьшить нежелательные потери и потенциально повысить эффективность преобразования солнечной энергии. По расчётам исследователей, технология может приблизить эффективность однопереходных солнечных элементов к 43%, что выше традиционного теоретического предела для подобных устройств.

Результаты показывают, что дальнейшее повышение эффективности солнечных элементов возможно не только за счёт совершенствования материалов. Управление движением и излучением фотонов внутри устройства также может стать важным направлением развития солнечной энергетики.