В отличие от большинства разработок, посвященных повышению производительности фотоэлементов, немецкие исследователи сосредоточились на другой проблеме — светособирающей системе. И спроектировали новый метод более эффективного использования солнечной энергии путем поглощения всего видимого спектра света. Испытания в лабораторных условиях показали, что эффективность искусственной системы на основе природных красителей достигла 38 %.
Светособирающая система современных фотоэлементов не слишком эффективна. Элементы изготавливаются обычно из кремния, и хотя этот материал поглощает весь видимый спектр, его поглощательная способность очень низкая. Поэтому солнечным элементам требуется толстый слой кремния, поэтому они такие тяжелые.
Ученые из Вюрцбургского университета черпали вдохновение у природных систем — растений и бактерий, которые используют для фотосинтеза широкий спектр света. Для этого у них имеются тонкие и легкие органические красители, которые исследователи и попытались воспроизвести.
Они разработали светособирающую антенну из четырех различных мероцианиновых красителей, рассказывает IE. Их аккуратно наложили друг на друга определенным образом, чтобы они обеспечивали сверхбыстрый и эффективный транспорт энергии. Прототип был назван URPB по первым буквам диапазонов поглощаемого излучения: ультрафиолетового, красного, фиолетового, синего.
Для оценки эффективности светособирающей системы ученые измерили квантовый выход флюоресценции — объем энергии, которую излучает система в форме свечения. Оказалось, что красители вырабатывают флюоресценцию из 38 % падающего на них света. Для сравнения, по отдельности они преобразуют в свечение всего не более 3 %.
«Зонная структура нашей системы как у неорганического полупроводника. Это значит, что она поглощает панхроматически по всему видимому спектру, — сказал профессор Франк Вюртнер. — И она использует высокие коэффициенты поглощения органических красителей. Это значит, что, как и природные светособирающие системы, она может поглощать много световой энергии с помощью относительно тонкого слоя».
