Новый материал замедляет охлаждение «горячих» электронов в солнечных панелях в тысячу раз

• Материал на основе олова замедляет охлаждение «горячих» электронов в 1000 раз.
• Эффекты «горячего фононного бутылочного горлышка» и Бурштейна‑Мосса работают совместно.
• Это открывает возможность превзойти исторический КПД солнечных панелей в 33 %.

Эффективность большинства современных фотоэлектрических модулей ограничена тем, что часть энергии фотонов теряется в виде тепла. При поглощении света электроны получают дополнительную энергию и становятся «горячими», но почти мгновенно отдают её фононам, что снижает потенциальный выход мощности.

Исследование в Гронингене

Группа физиков из Университета Гронингена исследовала материал, в состав которого входит олово, и обнаружила, что процесс охлаждения «горячих» электронов в нём замедляется примерно в тысячу раз. Это делает материал перспективным для создания так называемых «горячих» (hot‑carrier) солнечных элементов, способных использовать большую часть энергии фотонов.

Авторы объяснили необычное поведение двумя известными физическими механизмами, которые в данном случае действуют одновременно. Первый – так называемый «узкий горлышко» фононов, когда энергетическая среда вокруг электронов быстро нагревается, а затем электроны начинают повторно поглощать часть этой тепловой энергии, удерживая высокий уровень возбуждения.

Второй механизм – эффект Бурштейна‑Мосса. При интенсивном освещении заполняются нижние энергетические уровни, создавая «пробку», которая препятствует переходу остальных электронов в более низкие состояния. В результате «горячим» электронам сложнее отдать избыток энергии.

Комбинация этих двух явлений приводит к тому, что электроны сохраняют свою высокую энергию значительно дольше, чем в обычных полупроводниках. Учёные сравнили ситуацию с посадкой пассажиров в самолёт: первые занимают места впереди, а остальные вынуждены продвигаться дальше, что замедляет их перемещение.

Публикация результатов в журнале ACS Energy Letters (2026) подтверждает, что совместное действие фононного узкого горлышка и эффекта Бурштейна‑Мосса может стать ключом к преодолению так называемого предела Шокли‑Куизера, традиционно оцениваемого в 33 % преобразования солнечной энергии в электричество.

Если разработанный материал удастся интегрировать в коммерческие солнечные элементы, это позволит значительно увеличить их выходную мощность, особенно в условиях сильного солнечного излучения. Такая технология может стать важным шагом в переходе к более чистым источникам энергии и снижении зависимости от ископаемого топлива.

Исследование уже привлекло внимание отраслевых экспертов, и дальнейшие работы направлены на масштабирование производства материала, а также на изучение его стабильности при длительном воздействии солнечного света.

Источник: 3DNews