Новый материал замедляет охлаждение «горячих» электронов в солнечных панелях в тысячу раз
- Матеріал на основі олова уповільнює охолодження «гарячих» електронів у 1000 разів.
- Ефекти «гарячого фононного пляшкового горлечка» та Бурштейна‑Мосса працюють спільно.
- Це відкриває можливість перевершити історичний ККД сонячних панелей у 33 %.
Ефективність більшості сучасних фотоелектричних модулів обмежена тим, що частина енергії фотонів втрачається у вигляді тепла. При поглинанні світла електрони отримують додаткову енергію і стають «гарячими», але майже миттєво віддають її фононам, що знижує потенційний вихід потужності.
Дослідження в Гронінгені
Група фізиків з Університету Гронінгена досліджувала матеріал, до складу якого входить олово, і виявила, що процес охолодження «гарячих» електронів у ньому сповільнюється приблизно в тисячу разів. Це робить матеріал перспективним для створення так званих «гарячих» (hot‑carrier) сонячних елементів, здатних використовувати велику частину енергії фотонів.
Автори пояснили незвичайну поведінку двома відомими фізичними механізмами, які в даному випадку діють одночасно. Перший – так зване «вузьке горлечко» фононів, коли енергетичне середовище навколо електронів швидко нагрівається, а потім електрони починають повторно поглинати частину цієї теплової енергії, утримуючи високий рівень збудження.
Другий механізм – ефект Бурштейна‑Мосса. При інтенсивному освітленні заповнюються нижні енергетичні рівні, створюючи «пробку», яка перешкоджає переходу інших електронів у більш низькі стани. В результаті «гарячим» електронам складніше віддати надлишок енергії.
Комбінація цих двох явищ призводить до того, що електрони зберігають свою високу енергію значно довше, ніж в звичайних напівпровідниках. Вчені порівняли ситуацію з посадкою пасажирів в літак: перші займають місця спереду, а інші змушені просуватися далі, що сповільнює їх переміщення.
Публікація результатів у журналі ACS Energy Letters (2026) підтверджує, що спільна дія фононного вузького горлечка та ефекту Бурштейна‑Мосса може стати ключем до подолання так званого межі Шоклі‑Куізера, традиційно оцінюваного в 33 % перетворення сонячної енергії в електрику.
Якщо розроблений матеріал вдасться інтегрувати в комерційні сонячні елементи, це дозволить значно збільшити їх вихідну потужність, особливо в умовах сильного сонячного випромінювання. Така технологія може стати важливим кроком у переході до більш чистих джерел енергії та зменшенні залежності від викопного пального.
Дослідження вже привернуло увагу галузевих експертів, і подальші роботи спрямовані на масштабування виробництва матеріалу, а також на вивчення його стабільності при тривалому впливі сонячного світла.
Джерело: 3DNews
