Команда исследователей из Массачусетского технологического института впервые продемонстрировала устройство на основе метода, который позволяет солнечной панели пробиться через предсказанный теоретический потолок того, сколько солнечного света они могут преобразовать в электричество.

Полученные результаты представлены в журнале Nature Energy, в работе докторанта института Дэвида Бирмана (David Bierman), профессора Эвелин Ван (Evelyn Wang), Марин Солжачик (Marin Soljačić), и ещё четверых ученых.

В то время как все исследования традиционных фотоэлементов сталкиваются с теми же основными теоретическими ограничениями, Бирман говорит, «с солнечными термофотоэлектрическими элементами у вас есть возможность преодолеть их».

По факту, теория предсказывает, что в принципе этот метод, который включает в себя спаривание обычных солнечных элементов с дополнительными слоями высокотехнологичных материалов, мог бы, как минимум, удвоить теоретический предел эффективности, что потенциально делает возможным получать в два раза больше мощности от такой же площади панелей.

Основной принцип прост: вместо того, чтобы рассеивать непригодную солнечную энергию в виде тепла в солнечной ячейке, весь свет и тепло сначала поглощаются промежуточным компонентом, нагревая его до той температуры, которая позволила бы компоненту испускать тепловое излучение. Настраивая материалы и конфигурацию этих добавленных слоев, можно контролировать выделение тепла в форме света с необходимой длиной волн, которые будут улавливаться солнечными панелями. Это повышает эффективность и уменьшает тепло, генерируемое в солнечном элементе.

Ключевой момент заключается в использовании высокотехнологичных материалов, называемых нанофотонные кристаллы, которые могут быть произведены для излучения точно определенной длины волн света, при нагревании. В произведенном тесте нанофотонноные кристаллы объединены в систему с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками, и работают при высокой температуре 1000 градусов по Цельсию. После нагрева нанофотонные кристаллы продолжают излучать свет с узкой полосой спектра определённой длины волны, которая точно соответствует диапазону, который фотоэлемент может уловить и преобразовать в электрический ток.