Учеными из NREL (Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, США), была построена уникальная солнечная батарея на базе полупроводниковых кристаллов. Её внешняя квантовая эффективность превысила 100%.
Солнечные батареи третьего поколения.
Новые солнечные батареи ученые отнесли к III поколению. По их мнению, все существующие ранее преобразователи солнечной энергии на основе теллурида кадмия, кремния, селенида меди индия галлия, а также др. элементов из III-V столбцов таблицы Менделеева относятся к батареям I или II поколений. До сих пор ни одна из них не показывала ни на одной частоте падающего света квантовую эффективность более 100%.
Новая батарея собрана на базе кристаллов размером несколько нанометров – квантовых точек. Для опытного устройства использованы: стекло с просветляющим покрытием, тонкий слой прозрачного проводника, наноструктурированные слои оксида цинка, слой квантовых точек из селенида свинца, этандитиол, гидразин. В качестве верхнего электрода применяли тонкое золото. Протестировав солнечную батарею, ученые зарегистрировали внешнюю квантовую эффективность 114%, а внутреннюю 130%.
Квантовую эффективность (QE) измеряют для определенных частот падающего света. Внешнюю QE определяют отношением числа генерируемых пар электрон-дырка к числу падающих на солнечную батарею фотонов. Внутреннюю QE – отношением числа электронов и числа поглощенных фотонов. Так как не все фотоны генерируют носители заряда (часть отражается, а часть поглощается) внешняя эффективность меньше внутренней.
Квантовая эффективность – важный параметр. Чем она меньше в широком диапазоне частот, тем ниже внутри материалов рекомбинация создаваемых зарядов и, следовательно, выше суммарный КПД ячейки.
В новой батарее каждый падающий фотон создает на выходе больше 1 пары электрон-дырка. Ключ к успеху – множественная генерация экситонов (MEG), демонстрированная ранее только в группах изолированных квантовых точек. Генерация зависит от параметров материалов, в частности, от соотношения энергии падающего фотона и ширины запрещенной зоны полупроводника.
Квантовые точки ограничивают носители заряда в крошечном объеме и могут собирать избыток энергии, которая в противном случае терялась бы в виде тепла. При выбранном сочетании материалов квантовая эффективность достигла рекордной величины.