يمكن زيادة التأثير الكهروضوئي للبلورات الحديدية الكهربية بمعامل 1,000 إذا تم ترتيب ثلاث مواد مختلفة بشكل دوري في شبكة. تم الكشف عن هذا في دراسة أجراها باحثون في جامعة مارتن لوثر هالي-فيتنبرغ (MLU). لقد حققوا ذلك عن طريق إنشاء طبقات بلورية من تيتانات الباريوم ، تيتانات السترونتيوم ، والتيتانات الكالسيوم التي وضعوها بالتناوب فوق بعضها البعض. النتائج التي توصلوا إليها ، والتي يمكن أن تزيد بشكل كبير من كفاءة الخلايا الشمسية.
تعتمد معظم الخلايا الشمسية حاليًا على السيليكون ؛ ومع ذلك ، فإن كفاءتها محدودة. وقد دفع هذا الباحثين إلى فحص مواد جديدة ، مثل المواد الفيروكهربائية مثل تيتانات الباريوم ، وهو أكسيد مختلط مصنوع من الباريوم والتيتانيوم. يوضح الفيزيائي الدكتور Akash Bhatnagar من مركز الكفاءة الابتكارية SiLi-nano التابع لـ MLU: "تعني الطاقة الفيروكهربائية أن المادة قد فصلت مكانيًا الشحنات الموجبة والسالبة". "يؤدي فصل الشحنة إلى بنية غير متماثلة تتيح توليد الكهرباء من الضوء." على عكس السيليكون ، لا تتطلب البلورات الحديدية الكهربية ما يسمى تقاطع pn لإنشاء التأثير الكهروضوئي ، وبعبارة أخرى ، لا توجد طبقات مخدرة إيجابية وسلبية. هذا يجعل إنتاج الطاقة الشمسية أسهل بكثير لوحات.
ومع ذلك ، لا يمتص تيتانات الباريوم النقية الكثير من ضوء الشمس وبالتالي ينتج عنه تيار ضوئي منخفض نسبيًا. أظهر أحدث بحث أن الجمع بين طبقات رقيقة للغاية من مواد مختلفة يزيد بشكل كبير من إنتاجية الطاقة الشمسية. "الشيء المهم هنا هو أن المواد الحديدية الكهربية تتناوب مع مادة شبه كهربائية. على الرغم من أن الأخير لا يحتوي على شحنات منفصلة ، إلا أنه يمكن أن يصبح كهربيًا كهربيًا في ظل ظروف معينة ، على سبيل المثال في درجات حرارة منخفضة أو عندما يتم تعديل بنيته الكيميائية بشكل طفيف ، "يوضح بهاتناغار.
اكتشفت مجموعة أبحاث Bhatnagar أن التأثير الكهروضوئي يتحسن بشكل كبير إذا تبادلت الطبقة الحديدية الكهربية ليس فقط بطبقة واحدة ، ولكن بطبقتين مختلفتين شبه كهروضوئية. يوضح الباحث: "قمنا بدمج تيتانات الباريوم بين تيتانات السترونشيوم وتيتانات الكالسيوم. تم تحقيق ذلك عن طريق تبخير البلورات باستخدام ليزر عالي الطاقة وإعادة وضعها على ركائز حاملة. أنتج هذا مادة مصنوعة من 500 طبقة يبلغ سمكها حوالي 200 نانومتر ".
عند إجراء القياسات الكهروضوئية ، تم تعريض المادة الجديدة للإشعاع الليزر خفيفة. فاجأت النتيجة حتى مجموعة البحث: بالمقارنة مع تيتانات الباريوم النقي بسماكة مماثلة ، كان التدفق الحالي أقوى بما يصل إلى 1,000 مرة - وهذا على الرغم من حقيقة أن نسبة تيتانات الباريوم باعتبارها المكون الكهروضوئي الرئيسي قد انخفضت بنحو الثلثين . يوضح أكاش بهاتناغار: "يبدو أن التفاعل بين الطبقات الشبكية يؤدي إلى سماحية أعلى بكثير - وبعبارة أخرى ، فإن الإلكترونات قادرة على التدفق بسهولة أكبر بسبب إثارة الفوتونات الضوئية". أظهرت القياسات أيضًا أن هذا التأثير قوي جدًا: فقد ظل ثابتًا تقريبًا على مدار ستة أشهر.
يجب الآن إجراء مزيد من البحث لمعرفة بالضبط ما الذي يسبب التأثير الكهروضوئي الرائع. باتناغار واثق من أنه يمكن استخدام الإمكانات التي أظهرها المفهوم الجديد للتطبيقات العملية في الألواح الشمسية. تظهر بنية الطبقة عائدًا أعلى في جميع نطاقات درجات الحرارة مقارنةً بالكهرباء الفيروكهربائية النقية. كما أن البلورات أكثر متانة بشكل ملحوظ ولا تتطلب تغليفًا خاصًا. "
