Исследователям Массачусетского технологического института удалось придумать способ увеличения КПД самых обыкновенных солнечных панелей. Ими было предложено расположить нагревательный промежуточный элемент между поверхностями панелей и потоком солнечного излучения. Сама идея состоит в том, что данный элемент, нагреваясь, будет излучать энергию в наиболее подходящем для поглощения стандартными элементами из кремния спектре.

Это добавление на дополнительном этапе преобразования вопреки логике на самом деле лишь повышает КПД, так как позволяет получать фотонную энергию на таких частотах, которые, как правило, расходуются совершенно впустую.

В обычных солнечных панелях преобразуется в электричество энергия только тех фотонов, которые соответствуют определённым рамкам, касательно и нижней, и верхней границ диапазона. Действительно, у кремниевых микросхем имеется чувствительность к весьма широкому спектру, однако при этом много фотонов проходит и мимо них. Разрешить данную проблему и помогает добавление поглотителя, состоящего из углеродных нанотрубочек. Слой этот чувствителен еще к большему частотному диапазону и при фотонной бомбардировке может нагреваться до 962°C. Нагреваясь, он начинает излучать фотоны лишь какой-то строго определённой энергии, и они замечательно поглощаются фотоячейкой, преобразуясь в электричество.

Еще буквально несколько лет назад теоретиками была предсказана подобная технология, и вот, наконец, её на самом деле сейчас удалось реализовать практически. Говорилось, что термоэлементы смогут позволить преодолеть чисто теоретический предел эффективности преобразований солнечной энергии в кремниевых микросхемах, который может достичь уровня 33,7% (согласно пределу Шокли-Квиссера). В этом же конкретном случае теоретически КПД может достигать не менее 80%.

Однако пока что на практике учёным далековато до максимального теоретического предела. Давним экспериментам не удавалось продемонстрировать КПД более 1%, однако опыты Массачусетского технологического института смогли зафиксировать эффективность преобразования порядка 3,2%, и у авторов научных разработок имеется полная уверенность в том, что в самое ближайшее время они его смогут увеличить до 20%. С их слов этого может быть достаточно для того, чтобы начать выпуск коммерческого продукта.

Научная разработка с полным описанием термофотоэлектрического элемента публиковалась в журнале Nature Nanotechnology.