Вчені знайшли спосіб сповільнити охолодження електронів у сонячних панелях в 1000 разів

Дослідники з Університету Гронінгена в Нідерландах з'ясували, чому перспективний матеріал для сонячних панелей здатен утримувати енергію «гарячих» електронів приблизно в 1000 разів довше, ніж звичайні матеріали. Це відкриття може допомогти подолати теоретичний межу ефективності сонячних елементів, який тривалий час оцінювався приблизно в 33 %.

Джерело зображення: Chelsea/Unsplash

Сонячні панелі перетворюють енергію сонячного світла на електрику за допомогою фотонів, які передають енергію електронам. Найбільш енергійні фотони створюють так звані «гарячі» електрони, здатні виробляти більше електрики, однак вони майже відразу втрачають надлишок енергії у вигляді тепла. Саме це швидке охолодження не дозволяє ефективно використовувати додаткову енергію. Нова робота продовжує дослідження перспективного матеріалу на основі свинцю, в якому процес охолодження «гарячих» електронів виявився приблизно в 1000 разів повільнішим.

Джерело зображення: Faber et al., ACS Energy Letters, 2026

Дослідники встановили, що незвичайна поведінка матеріалу пояснюється одночасною дією двох фізичних ефектів. Перший отримав назву фононного вузького горла (hot phonon bottleneck). При ньому навколишнє середовище швидко нагрівається, після чого електрони починають повторно поглинати теплову енергію і довше зберігають високу температуру. Другий ефект, відомий як ефект Бурштейна-Мосса (Burstein-Moss effect), створює своєрідну пробку на доступних енергетичних рівнях, оскільки охолоджуючі електрони швидко заповнюють вільні місця на нижчих енергетичних рівнях, блокуючи шлях для інших.

В результаті іншим «гарячим» електронам стає складніше віддавати енергію і переходити на нижчі рівні. Вчені порівнюють цей процес із посадкою пасажирів у літак: перші займають місця спереду, а іншим доводиться проходити далі вглиб салону. Обидва ефекти вже були відомі фізикам раніше, однак нове дослідження показало, що саме їх спільна дія дозволяє матеріалу значно продовжувати час охолодження «гарячих» електронів.

На думку дослідників, поєднання необхідних електронних, фононних і хімічних властивостей при інтенсивному освітленні матеріалу створює умови для наддовгого охолодження, яке потенційно можна використовувати в пристроях. Якщо цей підхід вдасться застосувати в сонячних елементах, він допоможе підвищити ефективність перетворення сонячного світла і вийти за давно встановлений теоретичний межу в 33 %. Про деталі дослідження, опублікованого в журналі ACS Energy Letters, повідомило видання TechRadar.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки