A melhoria de algumas características de instrumentos e máquinas humanas não é limitada tecnologicamente, mas fundamentalmente, pelas próprias leis da física. Mesmo em teoria, não se pode ultrapassar uma velocidade de 300.000 km/s, uma saída de luz de 683 lm/W, ou a eficiência de uma máquina térmica, estabelecida pelo teorema de Carnot. E eles se aproximam de limites semelhantes assintoticamente – quanto mais próximos, mais difícil.
A eficiência dos painéis solares é teoricamente limitada ao nível de 66% (se falamos de semicondutores fotovoltaicos, sem considerar aqueles que funcionam de maneira fundamentalmente diferente, por exemplo, nanoantenas). E o último interesse é apresentado literalmente um por ano:
- 2009 (Spectrolab) – 41,6%;
- 2011 (Junto Solar) – 43,5%;
- 2013 (Agudo) – 44,4%;
- 2014 (Fraunhofer ISE) – 46% (com foco na microárea).
E só este ano, cientistas americanos ( National Renewable Energy Laboratory , Golden, Colorado) ultrapassaram o nível de 47% – com 143 vezes a concentração de luz.
A célula elementar da bateria contém 6 níveis fotoativos de vários semicondutores, “sintonizados” para diferentes comprimentos de onda de luz, o que permite a absorção mais completa da energia solar. No total, o novo elemento consiste em 140 camadas, tendo uma espessura três vezes menor que um fio de cabelo humano.
O custo de tal heteroestrutura ainda corresponde à sua aplicação espacial. Mas o uso de lentes (e especialmente refletores) que concentram a luz de uma grande área em chips em miniatura pode economizar a maior parte do semicondutor para converter a mesma quantidade de energia. Isso, é claro, tornará os painéis solares um pouco volumosos, mas muito mais mundanos no preço.
A segunda direção na questão de aumentar ainda mais a eficiência (e, consequentemente, reduzir o custo da energia recebida) das células fotovoltaicas multicamadas, de acordo com John Gage, um dos principais especialistas do grupo fotovoltaico cristalino de alta eficiência NREL, é reduzir a resistência interna da bateria, que inevitavelmente aumenta com o aumento do número de camadas conectadas em série. Isso permitirá superar o limite de eficiência de 50% em um futuro próximo.