Несмотря на то, что лучшие фотоэлектрические элементы способны использовать до шестидесяти пяти процентов видимого спектра светового излучения для генерации электрической энергии, интенсивность инфракрасного излучения недостаточна получения энергии посредством этих панелей. Волны инфракрасного спектра не способны возбуждать электроны атомов кремния, в результате чего около двадцати пяти процентов энергии солнца, которая как раз приходится на этот диапазон, не используется.
Специалисты из института Фраунгофера Телекоммуникаций общества (Федеративная Республика Германия) предприняли попытку идентификации метода, который бы позволил использовать традиционные фотоэлектрические элементы для получения энергии излучения инфракрасного светового диапазона. Поверхность кремниевой солнечной панели было решено допировать серой, в результате чего материал изменил свои свойства и приобрел черный цвет. Несмотря на это, перспективы модернизированных фотоэлектрических панелей могут быть более чем светлыми.
Для того, чтобы добиться наиболее эффективного проникновения серы в кремний, фотоэлектрический элемент был помещен в насыщенную серную газообразную среду и подвергнут обстрелу специфическими лазерными импульсами.
Примечательно, что механизм, обуславливающий способность допированных солнечных панелей получать энергию из излучения инфракрасного спектра, является одновременно и простым и коварным. Возбуждение электронов атомов серы происходить существенно при меньшей интенсивности излучения, а если такой атом попадет под следующую волну излучения, энергии электрона в результате двухступенчатого возбуждения будет достаточно для преодоления противодействующих сил и перемещению в ближайший атом кремния. В результате этого процесса генерируется электрический ток.
Вместе с тем, подобная компоновка обеспечивает движение электронов в обоих направлениях, в результате чего электроны кремния могут перейти к атомам серы. Это обстоятельство длительный период времени существенно снижало суммарную эффективность черного кремния, в результате чего о преимуществе над традиционным кремнием не могло быть и речи.
Тем не менее, судя по всему, немецким специалистам удалось решить эту сложную задачу.
Для преодоления негативных эффектов решено было использовать измененные параметры для лазерных импульсов, которые применяются при допировании, таким образом, чтобы обратный переход электронов кремния требовал значительно большее количество энергии, чем требуется электронам серы для того же действия в другом направлении. Согласно результатам, полученным при тестировании образцов новых черных кремниевых фотоэлементов, немецким ученым удалось в два раза повысить коэффициент полезного действия по сравнению с более ранними образцами. Вместе с тем, ученые отметили, что о конечной эффективности тандемных установок, которые будут оснащаться как традиционными, так и черными фотоэлектрическими панелями, говорить пока еще рано. Однако, согласно их прогнозам, минимальная эффективность достигнет восемнадцати процентов.
Важным обстоятельством, помимо высокой формальной эффективности новых батарей, является также и снижение их перегрева. При нормальных условиях нагрев элементов свыше двадцати пяти градусов Цельсия приводит к падению эффективности на половину процента за каждый градус. В особенно жаркие дни по этой причине эффективность традиционных фотоэлектрических элементов будет существенно снижена. Фотоэлектрические панели на основе черного кремния способны поглощать инфракрасное излучение и превращать его в электроэнергию, в результате чего нагрев панелей солнечных батарей будет минимальным, как и потери эффективности.{odnaknopka}