První fotovoltaické články s kvantovou účinností přes 100 %

Skupina vědců z americké Národní laboratoře pro obnovitelné zdroje energie vyrobila první fotovoltaický článek s kvantovou účinností přes 100 %. V závislosti na vlnové délce dopadajícího světla dosahuje externí kvantová účinnost až 114 ± 1 %. Při započtení ztrát odrazem a absorpcí autoři odhadli interní kvantovou účinnost kolem 130 %.

Externí kvantová účinnost je definována jako podíl počtu excitonů (párů elektron + díra) počtem fotonů dopadajících na fotovoltaický článek, obvykle se vyjadřuje v procentech. Interní kvantová účinnost uvažuje pouze fotony, které proniknou do polovodičového materiálu, je proto vyšší. V obvyklém polovodičovém materiálu jeden foton vygeneruje nejvýše jeden pár nosičů náboje. Interní kvantová účinnost se proto v nejlepším případě může blížit 100 %.

Aby elektron mohl vygenerovat více excitonů, musí mít energii nejméně dvakrát vyšší než je šířka zakázaného pásu. Proces, který umožňuje vytvořit více párů nosičů náboje, se nazývá víceexcitonové generování (MEG – Multiple Exciton Generation), někdy též násobení nosičů (CM – Carrier Multiplication) a může k němu docházet v polovodičových nanokrystalech nebo kvantových tečkách. Dosud byl tento jev pozorován pouze u izolovaných kvantových teček v koloidním roztoku.

Experimentální fotovoltaický článek sestával z antireflexního skla, na němž byla nanesena vrstva transparentního vodiče a vrstva nanostrukturního oxidu zinečnatého, dále vrstva kvantových teček ze selenidu olova impregnovaných ethaneditolem a hydrazinem. Horní elektroda byla tvořena tenkou vrstvou zlata.

Podle teoretického rozboru z roku 2006 by MEG mohl zvýšit teoretickou účinnost až o 35 % nad Shockleyův-Queiserův limit. Experimentální článek však nebyl optimalizován, jeho účinnost se proto pohybovala kolem 4,5 %.

Článek autorů Octavi E. Semonin, Joseph M. Luther, Sukgeun Choi, Hsiang-Yu Chen, Jianbo Gao, Arthur J. Nozikand Matthew C. Beard. s názvem Peak External Photocurrent Quantum Efficiency Exceeding 100 percent via MEG in a Quantum Dot Solar Cell byl publikován v časopise Science a je dostupný zde.

vytisknout nahoru

České fotovoltaické průmyslové asociace

EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION