Барселонские исследователи Института фотонных наук (ICFO) заявили о разработке и проверке принципиально нового подхода к уменьшению потерь энергии в солнечных элементах путём управления направлением выхода фотонов из элемента. По данным团队, это теоретически позволяет приблизить предел обычных однопереходных элементов с Шокли — Квайсера к примерно 43%, хотя на практике пока не достигнут этот КПД в экспериментальном образце. Исследование подчёркивает возможность повышения эффективности без принципиального усложнения производства. Подобный подход обсуждали в контексте ограничений направления излучения, что может привести к значительному снижению потерь энергии в солнечных элементах. Источник изображения: ИИ Gemini.

Идея состоит в том, чтобы ограничить направления, в которых фотоны могут покидать солнечный элемент. Для проверки её применили органический солнечный элемент и изменили конструкцию, добавив серебряные электроды и несколько дополнительных слоёв. Эти слои отражают фотоны, стремящиеся выйти под большими углами, и направляют их в более узкий диапазон направлений, тем самым увеличивая долю света, которая остаётся внутри и используется на выработку тока. В результате свет продолжает попадать внутрь элемента и участвует в процессе преобразования энергии.

Эксперимент показал реальную возможность сокращения энергетических потерь за счёт такого контроля распространения излучения. При этом авторы подчёркивают, что метод не требует принципиального усложнения производства по сравнению с рядом иных путей повышения КПД солнечных элементов. Однако в отчётности подчеркивается: теоретический предел Шокли — Квайсера для обычного однопереходного элемента составляет около 33,16%, а расчёты показывают, что при достаточно сильном ограничении направления излучения он может быть приблизительно равен 43%.

На практике пока не был создан солнечный элемент с КПД 43% в рамках данного исследования — учёные лишь подтвердили сам принцип уменьшения потерь и оценили теоретическую возможность достижения более высокого КПД при адаптации подхода к другим фотоэлектрическим технологиям. По словам исследователей, если этот принцип удастся адаптировать для массового производства, солнечные панели смогут выдавать больше электроэнергии на той же площади. В рамках эксперимента акцент сделан на органических элементах и возможности переноса идеи на другие технологии.