L'effetto fotovoltaico dei cristalli ferroelettrici può essere aumentato di un fattore 1,000 se tre diversi materiali sono disposti periodicamente in un reticolo. Lo rivela uno studio condotto da ricercatori della Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU). Hanno raggiunto questo obiettivo creando strati cristallini di titanato di bario, titanato di stronzio e titanato di calcio che hanno alternativamente collocato uno sopra l'altro. I loro risultati, che potrebbero aumentare significativamente l'efficienza delle celle solari.
La maggior parte delle celle solari è attualmente a base di silicio; tuttavia, la loro efficienza è limitata. Ciò ha spinto i ricercatori a esaminare nuovi materiali, come ferroelettrici come il titanato di bario, un ossido misto composto da bario e titanio. "Ferroelettrico significa che il materiale ha cariche positive e negative separate spazialmente", spiega il fisico Dr Akash Bhatnagar del Center for Innovation Competence SiLi-nano di MLU. "La separazione della carica porta a una struttura asimmetrica che consente di generare elettricità dalla luce". A differenza del silicio, i cristalli ferroelettrici non richiedono una cosiddetta giunzione pn per creare l'effetto fotovoltaico, in altre parole, nessuno strato drogato positivamente e negativamente. Questo rende molto più facile produrre il solare pannelli.
Tuttavia, il titanato di bario puro non assorbe molta luce solare e di conseguenza genera una fotocorrente relativamente bassa. L'ultima ricerca ha dimostrato che la combinazione di strati estremamente sottili di materiali diversi aumenta significativamente la resa energetica solare. “L'importante qui è che un materiale ferroelettrico sia alternato con un materiale paraelettrico. Sebbene quest'ultimo non abbia cariche separate, può diventare ferroelettrico in determinate condizioni, ad esempio a basse temperature o quando la sua struttura chimica è leggermente modificata», spiega Bhatnagar.
Il gruppo di ricerca di Bhatnagar ha scoperto che l'effetto fotovoltaico è notevolmente potenziato se lo strato ferroelettrico si alterna non solo con uno, ma con due diversi strati paraelettrici. ricercatore, spiega: “Abbiamo incorporato il titanato di bario tra titanato di stronzio e titanato di calcio. Ciò è stato ottenuto vaporizzando i cristalli con un laser ad alta potenza e ridepositandoli su substrati portanti. Questo ha prodotto un materiale composto da 500 strati con uno spessore di circa 200 nanometri”.
Durante l'esecuzione delle misurazioni fotoelettriche, il nuovo materiale è stato irradiato con laser leggero. Il risultato ha sorpreso anche il gruppo di ricerca: rispetto al titanato di bario puro di uno spessore simile, il flusso di corrente era fino a 1,000 volte più forte, e questo nonostante il fatto che la proporzione di titanato di bario come principale componente fotoelettrico fosse ridotta di quasi due terzi. . "L'interazione tra gli strati del reticolo sembra portare a una permittività molto più elevata, in altre parole, gli elettroni sono in grado di fluire molto più facilmente a causa dell'eccitazione dei fotoni di luce", spiega Akash Bhatnagar. Le misurazioni hanno anche mostrato che questo effetto è molto robusto: è rimasto quasi costante per un periodo di sei mesi.
Ulteriori ricerche devono ora essere fatte per scoprire esattamente cosa causa l'eccezionale effetto fotoelettrico. Bhatnagar è fiducioso che il potenziale dimostrato dal nuovo concetto possa essere utilizzato per applicazioni pratiche nei pannelli solari. “La struttura dello strato mostra una resa maggiore in tutti gli intervalli di temperatura rispetto ai materiali ferroelettrici puri. I cristalli sono anche significativamente più durevoli e non richiedono imballaggi speciali”.
