В 2014 году треть всех новых генераторов электричества, которые были установлены в США, припадала на солнечные панели. При этом двумя годами ранее эта цифра едва достигала 10%. Как ожидается, в ближайшем будущем спрос будет расти еще быстрее, поэтому научно-исследовательские группы со всего мира проводят различные исследования, пытаясь сделать панели дешевле и эффективнее.
Среди них команда есть и команда из Университета штата Делавэр, которая работает над созданием материалов, с помощью которых можно было бы использовать те части солнечного спектра, которые современными батареями не поглощаются и тратятся впустую.
Ключом к повышению эффективности является полупроводниковый материал панелей, который носит название «запрещенная зона» или «электронный барьер». Это энергетический диапазон в твердом теле, где не может существовать ни одно электронное состояние.
Легкие частицы, фотоны, которые имеют достаточно энергии, преобразуются в электричество, в то время как частицы с более низкой энергией пропадают — в основном в виде тепла.
Исследователи из Делавэра уверенны, что их материалы смогут сочетать энергию от двух низкоэнергетических частиц, чтобы сделать один фотон с энергией, достаточной, чтобы очистить препятствие. Их работа выиграла грант от фонда «W.M. Keck Foundation» на 1 миллион долларов
Они хотят использовать крайне тонкие слоя полупроводников, чтобы заставить электроны перейти в более высокое энергетическое состояние.
Однако многие критики сомневаются в успехе американских ученых. Все предыдущие попытки объединить энергию фотонов с низким зарядом привели к падению эффективности солнечных батарей. Однако команда их Делавэра уверяет, что смогла добиться определенных успехов путем изготовления суперчистых ультратонких пленок из соединения галлия и индия в строго определенных пропорциях. Эти пленки наносятся с помощью процесса молекулярно-лучевой эпитаксии в вакуумной машине для серебрения, где давление меньше, чем одна-триллионная давления на Земле.
Несколько компьютерных моделирований показали, что солнечные панели, сделанные с помощью этого метода и при данной конфигурации соединений, в теории, могут повысить эффективности солнечных панелей до 30%. Обычные кремниевые солнечные батареи, для сравнения, имеют КПД не более 22%.