Традиционные фотоэлектрические батареи способны эффективно использовать лишь небольшую часть солнечного спектра. Они преобразуют в электричество лишь световые частицы, обладающие достаточно высокой энергией, чтобы преодолеть запрещенную зону используемого полупроводникового материала. Кроме того, фотоны с высокой энергией, хотя и поглощаются, но всего через несколько пикосекунд значительная часть их энергии уходит в тепло. Это ограничивает максимальную эффективность солнечным батареи примерно 30%.
Группа физиков-экспериментаторов из Амстердамского университета, FOM Foundation и STW Technology Foundation показала, как можно увеличить коэффициент преобразования за счет более полного использования высокоэнергетичных фотонов.
Для этого они создали дополнительный слой, состоящий из диоксида кремния, кремниевых нанокристаллов и ионов эрбия. Нанокристаллы передают избыток энергии ионам эрбия до того, как она превратится в тепло. В итоге, на каждый поглощенный ультрафиолетовый фотон приходится несколько переизлученных инфракрасных фотонов, которые могут быть преобразованы в электричество.
В будущем подобный спектроформирующий (spectral shaper) слой, помещенный поверх солнечного элемента, позволит улучшать коэффициент преобразования энергии значительно эффективнее, чем концентраторные схемы солнечных батарей.
Последующие исследования будут сосредоточены на оптимизации характеристик преобразующих слоев путем изменения размеров и плотности размещения нанокристаллов концентрации и типа ионов редкоземельных металлов и толщины слоя. Кроме того участники работы попытаются интегрировать этот слой в антирефлективное покрытие, имеющееся в каждой солнечной батарее.
