Nový objav umožní prekonať teoretickú hranicu 33 % účinnosti solárnych panelov

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Výskumníci objavili spôsob, ako udržať horúce elektróny v solárnych paneloch 1 000-krát dlhšie bez straty energie.

• Kombinácia 2 fyzikálnych javov spomaľuje chladenie elektrónov z pikosekúnd na nanosekundy.

• Objav môže pomôcť prekonať teoretickú hranicu 33 % pre maximálnu možnú účinnosť solárnych panelov.

Tradičná fyzika dlhodobo pracuje s teóriou, že solárne panely dokážu premeniť na využiteľnú energiu maximálne 33 % dopadajúceho slnečného žiarenia. Slnečné svetlo pri dopade na panel excituje elektróny, pričom fotóny s najvyššou energiou vytvárajú takzvané horúce elektróny. Tieto častice majú potenciál pre generovanie výrazne väčšieho množstva elektrickej energie.

Zvyčajne však vychladnú v priebehu pikosekúnd a ich prebytočná energia sa stratí vo forme tepla predtým, ako ju možno zachytiť. Výskumníci z Univerzity v Groningene v Holandsku však prišli na spôsob, ako túto stratu spomaliť a predĺžiť čas chladenia z pikosekúnd na nanosekundy.

Analyzovali nový fotovoltický materiál na báze cínu a perovskitu, ktorý dokáže udržať elektróny v horúcom stave približne 1 000-krát dlhšie. Vedci pomocou počítačových simulácií a experimentálnych meraní zistili, že za týmto predĺžením stoja dva súčasne pôsobiace fyzikálne javy. Ich vzájomná kombinácia v tomto špecifickom materiáli vytvára podmienky pre dlhé chladenie.

Prvým identifikovaným javom je takzvané úzke hrdlo horúcich fonónov, ktoré v materiáli funguje ako tepelná pasca. Keď sa prostredie okolo excitovaných elektrónov rýchlo zohreje, elektróny túto tepelnú energiu opätovne absorbujú a zostávajú dlhšie horúce.

Zdroj foto: Faber et al., ACS Energy Letters, 2026

Druhým javom je Burstein-Mossov efekt, ktorý výskumníci pre lepšie pochopenie prirovnávajú k atómovej dopravnej zápche. Keď horúce elektróny chladnú, rýchlo obsadzujú najnižšie dostupné energetické stavy v materiáli, čím bránia ostatným elektrónom rýchlo strácať teplo. Je to podobné, ako keď sa lietadlo plní cestujúcimi odpredu a ďalší prichádzajúci potrebujú prejsť až dozadu. Hoci oba tieto javy boli vo fyzike známe už predtým, až táto štúdia potvrdila ich spoločný vplyv na spomalenie chladenia.

Ak sa elektróny udržia v horúcom stave dostatočne dlho, je možné ich energiu zachytiť predtým, ako opustia štruktúru solárneho článku. Podľa štúdie publikovanej v časopise ACS Energy Letters by pochopenie týchto mechanizmov mohlo viesť k vývoju komerčne dostupných panelov novej generácie. Tieto technológie by prekonali dlhoročný limit účinnosti a zabezpečili by efektívnejšiu produkciu energie zo slnka.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Objav umožňuje zvýšiť účinnosť solárnych panelov nad teoretické limity, čo zefektívni produkciu čistej energie a urýchli prechod na obnoviteľné zdroje.

Zdroj: techradar.com foto: ChatGPT