Vuoden 2022 Millennium-teknologiapalkinto on myönnetty australialaisen New South Walesin yliopiston professori Martin Greenille PERC-aurinkokennon kehittämisestä. Green uskoo, että aurinkokennoissa on edelleen varaa parantaa hyötysuhdetta. Tällä hetkellä roadmapissa on yli 40 prosentin tehokkuus.

PERC-kenno lanseerattiin vuonna 1983, minkä jälkeen siitä on tullut tehokkain ja kaupallisesti menestyksekkäin piipohjaisten aurinkokennojen teknologia aurinkopaneeleihin ja energian massatuotantoon. Lähes 90 prosenttia nykyisistä kaupallisista aurinkokennoista perustuu PERC-kennoon.

Green kehitti PERC:n yhdessä tiiminsä kanssa parantamalla tavallisten piipohjaisten aurinkokennojen ylä- ja alapinnan laatua. Kun auringonvalon fotonit eli valohiukkaset läpäisevät kennon pinnan, ne virittävät kennon rakenteessa olevat elektronit vapaan liikkuvuuden tilaan. Kun kennon ylä- ja alapinta yhdistetään virtapiiriksi, vapaat elektronit synnyttävät sähkövirran. PERC-kennon pinta saa elektronit pysymään liikkeessä pidempään, mikä tuottaa enemmän energiaa kuin aiemmat ratkaisut. PERC-teknologia kasvatti aurinkokennon konversiotehokkuutta 25 prosenttiin 2000-luvun alussa.

Green ei katso työnsä vielä olevan valmis. Hän uskoo voivansa parantaa PERC-kennojen suorituskykyä. Yksi tapa on tarkastella toista tapaa "passifioida" kennon takakontaktia, joka voidaan toteuttaa kvanttimekaanisen tunneloinnin avulla ohuen oksidikerroksen läpi sen sijaan, että luotaisiin metallin ja piin välineen liitos.

Toinen keino on pinota muista puolijohteista kuin piistä valmistettujen kennoja piikennon päälle. Piisolut reagoivat auringonvalossa kaikenvärisiin fotoneihin, sinisestä punaiseen ja jopa matalan energian infrapunasäteilyyn, jota silmämme eivät näe. Perustermodynamiikan mukaan kennon energiantuotannon on oltava pienempi kuin pienimmän energian fotonin energia, johon kenno voi reagoida.

Tämä tarkoittaa, että sininen fotoni, jonka energia on kolme kertaa suurempi kuin infrapunakynnysfotoni, tuhlaa suurimman osan energiastaan ​​piikennossa. Tämä on yksi syy siihen, miksi ennätykselliset PERC-kennot muuntavat auringonvaloa "vain" 25 prosentin hyötysuhteella.

Muista puolijohteista valmistetuilla kennoilla voi kuitenkin olla erilainen vastekynnys. Jos piikennon päälle pinotaan sellainen, jolla on korkeampi energiavastekynnys (vastaa vain korkean energian vihreälle, siniselle, violetille ja ultraviolettifotoneille), nämä fotonit absorboituvat ylimpään kennoon, kun taas alemman energian keltainen, oranssi, punainen ja infrapunafotonit eivät absorboidu, vaan ne kulkevat alla olevaan piikennoon.

Ylimmän kennon korkeamman energiavasteen kynnyksen vuoksi se pystyy ottamaan enemmän energiaa absorboimistaan ​​fotoneista kuin piikenno pystyy. Näin ollen yhdistelmä voi parantaa tehokkuutta. Yhden kennon pinoaminen piin päälle voi parantaa suorituskykyä yli 40 %, jolloin 25 % tehokkaan piikennon tehokkuus on yli 36 %, kun taas kahden kennon pinoaminen piikennon päälle voi nostaa tehokkuuden yli 40 prosenttiin.

Green muistuttaa, ettei tehokkuus sinänsä ole tärkeää, kun itse polttoaine on ilmaista. Hyötysuhteen parantaminen kuitenkin vähentää aurinkopaneelien valmistus-, kuljetus- ja asennuskustannuksia.