```json
{
    "title": "Японские физики увеличили квантовый выход солнечных элементов до 130 процентов",
    "url": "https://alttok.ru/a/2026-5730",
    "datePublished": "2026-04-14",
    "dateModified": "2026-04-14",
    "language": "ru-RU"
}
```

# Японские физики увеличили квантовый выход солнечных элементов до 130 процентов

Исследователи из японского Университета Кюсю совместно с коллегами из германского Университета Иоганна Гутенберга разработали технологию, позволяющую увеличить квантовый выход солнечных элементов до 130 процентов. Результаты работы описывают метод извлечения дополнительных носителей заряда за счет процесса синглетного деления. Применение химического комплекса на основе молибдена позволило ученым обойти традиционные ограничения конверсии световой энергии.

Ежедневно поверхность Земли получает объем солнечной энергии, многократно превышающий годовое потребление всего человечества. Однако современные фотоэлектрические панели способны преобразовать в электричество не более четверти поступающего света. Эти ограничения связаны с физикой полупроводников, в первую очередь кремниевых пластин. Процесс генерации тока выглядит следующим образом: фотон, выступающий порцией световой энергии, попадает на материал и передает свой заряд электрону. В результате образуется так называемый экситон – связанное состояние электрона и «дырки», представляющее собой базовую единицу полезной энергии. Проблема заключается в том, что инфракрасные фотоны обладают слишком низкой энергией для выбивания электрона и просто рассеиваются. Фотоны синего спектра несут избыточный заряд, но генерируют лишь один экситон, а весь остаток преобразуется во вредное для элементов тепло.

Фундаментальное несоответствие между энергией солнечного спектра и пороговыми значениями полупроводников формирует жесткий барьер эффективности, известный в физике как предел Шокли-Квайссера. Для стандартного солнечного элемента с одним переходом теоретический потолок конверсии составляет около 33 процентов. Даже при идеальной инженерной сборке извлечь больше трети энергии традиционным способом невозможно, из-за чего коммерческие панели останавливаются на отметке в 25 процентов.

Команда исследователей попыталась обойти это ограничение, обратившись к механизму синглетного деления. Это процесс, при котором один высокоэнергетический экситон принудительно распадается на два менее мощных. По словам доцента инженерного факультета Университета Кюсю Йоити Сасаки, такой подход теоретически позволяет изменить базовое правило «один фотон – один экситон» и удвоить количество генерируемых носителей заряда.

Главная техническая сложность десятилетиями заключалась в извлечении этих дополнительных частиц. До того как новые экситоны удается направить в электрическую цепь, их энергия поглощается конкурирующими физическими процессами – например, ферстеровским резонансным переносом энергии. Для решения этой проблемы исследователи разработали специальный эмиттер на основе молибдена. В процессе поглощения и излучения света электрон внутри данного комплекса меняет свой спин. Такое свойство позволяет молекулярной системе избирательно захватывать нужные триплетные экситоны, полностью блокируя конкурирующие пути потерь.

В ходе лабораторных испытаний средний квантовый выход материала составил 130 процентов. На каждый поглощенный фотон система успешно генерировала 1,3 экситона. Профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего Цзинь Чжан поясняет, что этот показатель не нарушает фундаментальный закон сохранения энергии. Речь идет не об общей энергетической эффективности устройства, которая по определению не может превысить сто процентов, а исключительно о количестве образованных носителей заряда на один фотон. Панели нового типа не впитывают больше света, они просто извлекают больше полезной работы из того же объема излучения, снижая долю переработанного в тепло синего спектра.

По предварительным оценкам японских ученых, дальнейшая интеграция технологии синглетного деления в коммерческие солнечные батареи позволит в будущем повысить их реальную производительность до 35–45 процентов. На данный момент разработка, описанная в журнале Американского химического общества, находится на стадии доказательства концепции. Текущие эксперименты проводились в химическом растворе на молекулярном уровне. До создания полноценного твердотельного устройства разработчикам предстоит решить еще целый ряд сложных инженерных задач.