Современные солнечные батареи ограничены так называемым пределом Шоккли-Квиссера: они способны преобразовать лишь около трети солнечного излучения в электричество. Дело в том, что низкоэнергетические фотоны не возбуждают электроны, а высокоэнергетические теряют избыток энергии в виде тепла. Новый подход позволяет обойти эти ограничения.
Суть синглетного деления заключается в том, что один высокоэнергетический экситон, полученный от фотона, способен разделиться на два низкоэнергетических триплетных экситона. Это теоретически удваивает количество носителей заряда. Однако до сих пор главной проблемой было эффективное извлечение этих умноженных экситонов до того, как их энергия будет потеряна.
В ходе экспериментов удалось достичь эффективности преобразования энергии, получив больше энергетических носителей, чем поступило фотонов.
Для этого японские и немецкие исследователи применили специально разработанный излучатель на основе молибдена. Особенность этого комплекса – возможность «переворота спина» электрона, что позволяет захватывать энергию триплетных состояний, возникающих при синглетном делении. Благодаря точной настройке энергетических уровней удалось минимизировать потери и добиться квантового выхода около 130%.
Пока технология находится на стадии лабораторной проверки, однако уже сейчас она открывает перспективы для создания нового поколения солнечных элементов с рекордной эффективностью. Кроме того, результаты могут найти применение в светодиодах и квантовых технологиях.
