Квантовые точки позволят создать чрезвычайно эффективные солнечные панели

Эффективность обычных солнечных панелей, может быть увеличена с сегодняшних 30% до более чем 60%. Такой вывод следует из недавнего исследования полупроводниковых нанокристалов, или квантовых точек, которое провел химик Ксиоянг Жу из Техасского Университета в Аустине.

Жу, совместно с коллегами, сообщил о полученных результатах в журнале Science за эту неделю.

Ученые открыли метод захвата солнечного света, который находится на более высоком энергетическом уровне. Обычные солнечные панели не умеют этого.

Максимальная эффективность солнечных панелей, которыми пользуются сегодня, составляет примерно 31 процент. Такой маленький процент, обусловлен тем, что большинство солнечных лучей, достигающих поверхности солнечной панели, находятся на слишком высоком энергетическом уровне, что не позволяет конвертировать их в полезное для нас электричество. Эта энергия, находящаяся в форме, под названием "горячие электроны", теряется в виде тепла.

Если бы нам удалось захватить эти солнечные лучи, находящиеся на более высоком энергетическом уровне, так называемые горячие электроны, то, теоретически, КПД преобразования солнечных лучей в энергию увеличилось бы до 66 процентов.

"Я называю это "сверх солнечные панели". Их создание состоит из нескольких этапов", - рассказал Жу. "Во-первых, нужно уменьшить темп охлаждения горячих электронов. Во-вторых, необходимо захватить эти горячие электроны и быстро использовать их, до того, как они потеряют всю свою энергию".

Жу рассказал, что полупроводниковые нанокристалы, или квантовые точки, дают надежду на достижение вышеозначенных целей.

Что касается первой проблемы, то некоторые исследовательские группы предложили замедлять горячие электроны в полупроводниковых нанокристалах. В статье 2008 года, в журнале Science, исследовательская группа университета Чикаго, показала принципиальную возможность этого на примере коллоидных полупроводниковых нанокристаллов.

Команда Жу решила вторую проблему: захват электронов.

Они обнаружили, что горячие электроны могут быть перемещены из возбужденного фотонами нанокристалла селенида свинца в проводник первого рода, сделанный из широко используемого диоксида титана.

"Если мы захватим горячие электроны, то сможем проделать работу с их помощью", - сказал Жу. "Демонстрация перемещения горячего электрона, доказывает, что высокоэффективная солнечная панель, не только теоретически возможна, но и практически экспериментально доказана".

Исследователи использовали квантовые точки из селенида свинца, но по словам Жу, их метод будет работать и с квантовыми точками из других материалов.

Жу заявляет, что это только первый шаг. Ученым и инженерам предстоит еще многое сделать, чтобы создать работающую солнечную панель с КПД 66 процентов.

В этом научном пазле есть еще третья часть, над которой работает Жу: соединение с электропроводимым кабелем.

"Если мы захватим быстрые (или горячие) электроны из солнечной панели, мы опять потеряем энергию в виде тепла в проводе", - сказал Жу. "Наша следующая цель: химически изменить проводящий кабель, чтобы минимизировать потери энергии. Мы хотим захватывать большую часть энергии солнца. Это и будет сверх солнечная панель".

"Ископаемое топливо очень дорого обходится для окружающей среды", - заявил Жу. "Ничто не мешает нам использовать солнечную энергию на 100 процентов через  50 лет". Мы поведаем вам интересные новостииз первых уст.

Оригинал (на англ. языке): Eurekalert.org

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов