Переважна більшість комерційних сонячних панелей, що використовуються сьогодні, ґрунтуються на одноперехідних фотоелементах, які поглинають сонячне світло і перетворюють його на енергію — ту саму, що живить наші будинки, автомобілі, масштабні святкові декорації та всілякі гаджети.
Однак існує фізична теорія, відома як межа Шоклі — Квайссера: згідно з нею, одноперехідний фотоелемент може перетворювати на корисну енергію не більше 33,7% сонячного світла, що падає на нього. З моменту появи в 1961 році ця теорія була прийнята науковим товариством як незаперечний факт.
Але тепер вчені з Інституту фотонних наук (ICFO) у Барселоні (Іспанія), можливо, зуміли подолати цю "стелю" ефективності. Дослідницька група під керівництвом професора ICFO Жорді Марторелля знайшла спосіб підвищити ефективність фотоелементів, обмеживши їхнє власне випромінювання фотонів. Дослідження опубліковане в журналі Energy & Environmental Science.
Принцип роботи такий: поглинувши сонячне світло, фотоелемент починає випромінювати його назад у всіх напрямках — через це втрачається потенційна енергія. Вчені з ICFO перетворили фотоелемент на свого роду оптичний резонатор: він, як і раніше, вловлює сонячне світло, але при цьому має набагато менший "отвір", через який енергія могла б піти назад.
Як зазначає доктор Франсіско Берналь Текска, один з авторів наукової статті, їх розробка може дозволити фотоелементам досягти ККД, близького до 43%. За словами Берналя Текси, "простота конструкції такого резонаторного фотоелемента не ускладнює процес виробництва — на відміну від багатьох інших підходів, які зараз розглядаються як способи подолання Шоклі — Квайссера".
Втім, поки що цей метод існує лише на експериментальній стадії, так що для підвищення ефективності сонячних енергосистем у домашніх умовах доведеться використовувати інші рішення.
Підвищення ефективності сонячних панелей може змінити світ
Масштабне покращення ефективності сонячних панелей допомогло б вирішити багато енергетичних проблем, з якими ми стикаємось сьогодні. Однак до того моменту, як такі технології з'являться на дахах наших будинків, ще далеко.
Попри нещодавні інновації, що підвищили надійність сонячних панелей, ККД більшості сучасних моделей залишається нижчою за 25%. Це пояснюється як фундаментальними фізичними обмеженнями, так і факторами, пов'язаними з масовим виробництвом, вибором матеріалів, відображенням сонячного світла та можливим затіненням панелей.
Досягти 33-відсоткової межі, встановленої законом Шоклі - Квайссера, непросто. Цілком логічно припустити, що досягнення нового теоретичного максимуму в 43% буде настільки ж рідкісним явищем. Ситуацію додатково ускладнює те, що використання викопного палива перешкоджає розвитку сонячної енергетики, частково перекриваючи доступ сонячному світлу.
Але що, якби кожна сонячна панель могла працювати з ККД 40% чи вище?
За словами професора Марторелла, "підвищення ефективності має вирішальне значення, оскільки воно безпосередньо веде до зниження вартості одного вата енергії, а також до раціональнішого використання земельних ресурсів та матеріалів при розгортанні сонячних енергосистем". Це вельми стриманий опис інновації, здатної змінити світ.
Іншими словами, у майбутньому побутові сонячні панелі, можливо, зможуть виробляти достатньо енергії, щоб повністю забезпечити потреби вашого будинку та дозволити йому стати повністю енергонезалежним.
