Новый метод передачи энергии от органических к неорганическим полупроводникам в перспективе сможет позволить поднять КПД гибридных солнечных батарей намного выше сегодняшнего уровня.
Командой из Кембриджа найден способ улавливать почти со 100% эффективностью энергию, переносимую псевдочастицами, известными под названием «темных» спин-триплетных экситонов, и передавать ее от органических к неорганическим полупроводникам. До сих пор подобный энергоперенос демонстрировался только для синглетных экситонов.
В традиционных полупроводниках, таких как кремний, поглощение одного фотона ведет к появлению одного свободного электрона, который вносит вклад в генерируемый солнечным элементом электрический ток. В пентацене (тип органического полупроводника) поглощение одного фотона порождает два электрона, но их трудно использовать для получения электрического тока, поскольку они не вполне свободны, оставаясь в связанных состояниях темного триплетного экситона. (Есть еще яркие спин-синглетные экситоны, но они относительно легко преобразуются в электрический ток).
«Для улучшения солнечных элементов нужно научиться извлекать электроны из этих темных триплетных экситонов, — пишет Максим Табачник. — Если мы сможем совместить материалы, подобные пентацену, с традиционными полупроводниками, такими как кремний, это позволит преодолеть фундаментальный „потолок“ эффективности солнечных батарей».
Используя продвинутую методику фемтосекундной лазерной спектроскопии, ученые установили, что триплетные экситоны можно переносить непосредственно в неорганические полупроводники с эффективностью более 95%. Из оказавшихся в этом материале триплетов легко высвобождаются электроны.
Кембриджский коллектив продолжает исследования, пытаясь распространить открытый процесс энергопереноса на другие гибридные системы. Кроме того, он разрабатывает органическое покрытие, которое позволит улучшать эффективность работы кремниевых солнечных батарей.
