QAZAQ GREEN.  Исследователи Университета Кюсю совместно с Майнцским университетом имени Иоганна Гутенберга разработали технологию, которая позволяет солнечным батареям извлекать больше энергии, чем считалось физически возможным. Квантовый выход новой системы составил 130%, превысив стандартный барьер в 100%.

Солнечные батареи давно упираются в так называемый предел Шокли–Квайссера — физический потолок, ограничивающий эффективность преобразования солнечного света примерно одной третью. Проблема в том, что низкоэнергетические инфракрасные фотоны не могут возбуждать электроны, а высокоэнергетические — теряют избыток в виде тепла.

Ученые сделали ставку на явление сингл-фиссии: один высокоэнергетический фотон расщепляется на два экситона с меньшей энергией, что теоретически удваивает выход энергии. Главная трудность состояла в том, чтобы «поймать» эти экситоны до того, как энергия рассеется через паразитный процесс — резонансный перенос энергии Ферстера.

Решением стал молибденовый металлокомплекс — так называемый «спин-флип» эмиттер. В нем электрон переворачивает спин при поглощении или излучении ближнего инфракрасного света, что позволяет избирательно захватывать именно те экситоны, которые образуются при сингл-фиссии. Тщательно подобрав энергетические уровни, исследователи подавили паразитный процесс и достигли квантового выхода 130%.

Пока работа находится на стадии доказательства концепции, эксперименты проводились в растворе. Следующий шаг — перенести технологию в твердое состояние и интегрировать в реальные солнечные батареи. Помимо фотовольтаики, разработка может найти применение в светодиодах и квантовых технологиях.

Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.