Согласно заявлению Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU), выработка энергии сегнетоэлектрическими кристаллами в солнечных элементах может быть увеличена в тысячу раз благодаря инновациям, связанным с расположением тонких слоев материалов.
Исследователи из MLU обнаружили, что поочередно расположенные кристаллические слои титаната бария, титаната стронция и титаната кальция могут значительно повысить эффективность солнечных панелей. Их выводы опубликованы в журнале Science Advances.
Большинство солнечных элементов сделаны из кремния из-за низкой себестоимости и относительной эффективности, однако ограничения общей эффективности материала привели к тому, что исследователи экспериментировали с новыми материалами, включая сегнетоэлектрические кристаллы.
Одним из преимуществ сегнетоэлектрических кристаллов является то, что они не требуют p-n-перехода, то есть каких-либо положительно и отрицательно легированных слоев, как в случае с кремниевыми солнечными элементами.
Однако чистый титанат бария, сегнетоэлектрический кристалл, протестированный исследователями MLU, например, мало поглощает солнечный свет. Экспериментируя с различными комбинациями материалов, ученые обнаружили, что они могут комбинировать хрупкие слои из разных материалов, чтобы значительно увеличить выход солнечной энергии.
«Важным здесь является то, что сегнетоэлектрик чередуется с параэлектриком. Хотя последний не имеет разделенных зарядов, он может стать сегнетоэлектриком при определенных условиях, например, при низких температурах или при незначительном изменении его химической структуры», пояснил доктор Акаш Бхатнагар из Центра инновационной компетенции MLU SiLi-nano.
Команда доктора Бхатнагара поместила титанат бария между титанатом стронция и титанатом кальция, испарив кристаллы с помощью мощного лазера и пересадив их на подложки-носители. Полученный материал состоял из 500 слоев и имел толщину 200 нанометров.
Исследователи обнаружили, что их слоистый материал обеспечивает протекание тока в 1000 раз сильнее, чем в чистом титанате бария эквивалентной толщины.
«Взаимодействие между слоями решетки, по-видимому, приводит к гораздо более высокой диэлектрической проницаемости, другими словами, электроны могут течь гораздо легче из-за возбуждения световыми фотонами», объяснил доктор Бхатнагар.
Команда выяснила, что измерения оставались почти постоянными в течение шести месяцев, а это означает, что материал может быть достаточно прочным для коммерческого применения. Ученые продолжат исследовать точную причину фотоэлектрического эффекта в своем многослойном материале с целью возможного массового развертывания. Их работа обещает стать частью потенциальной революции в области сегнетоэлектрических материалов.
