強誘電性結晶の光起電力効果は、1,000つの異なる材料が格子状に周期的に配置されている場合、XNUMX倍に増加する可能性があります。 これは、マーティンルーサー大学ハレヴィッテンベルク（MLU）の研究者による研究で明らかにされています。 彼らは、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムの結晶層を作成し、それらを交互に重ね合わせることでこれを達成しました。 彼らの発見は、太陽電池の効率を大幅に向上させる可能性があります。
現在、ほとんどの太陽電池はシリコンベースです。 ただし、その効率には限界があります。 これにより、研究者はチタン酸バリウムのような強誘電体、バリウムとチタンの混合酸化物などの新しい材料を検討するようになりました。 「強誘電体とは、材料が正電荷と負電荷を空間的に分離していることを意味します」と、MLUのイノベーション能力センターSiLi-nanoの物理学者Dr AkashBhatnagarは説明します。 「電荷の分離は、光から電気を生成することを可能にする非対称構造につながります。」 シリコンとは異なり、強誘電体結晶は、光起電力効果を生み出すためにいわゆるpn接合を必要としません。つまり、正および負にドープされた層は必要ありません。 これにより、ソーラーの製造がはるかに簡単になります パネル.
ただし、純粋なチタン酸バリウムは太陽光をあまり吸収しないため、比較的低い光電流を生成します。 最新の研究では、異なる材料の非常に薄い層を組み合わせると、太陽エネルギーの収量が大幅に増加することが示されています。 「ここで重要なことは、強誘電体材料が常誘電体材料と交互になっていることです。 後者は電荷を分離していませんが、特定の条件下、たとえば低温や化学構造がわずかに変化した場合に強誘電性になる可能性があります」とBhatnagar氏は説明します。
Bhatnagarの研究グループは、強誘電体層が500つだけでなく、200つの異なる常誘電体層と交互になると光起電力効果が大幅に向上することを発見しました。 研究者は次のように説明しています。「チタン酸ストロンチウムとチタン酸カルシウムの間にチタン酸バリウムを埋め込みました。 これは、高出力レーザーで結晶を蒸発させ、キャリア基板上に再堆積することによって達成されました。 これにより、厚さ約XNUMXナノメートルのXNUMX層の材料が製造されました。」
光電測定を行う際に、新素材に照射した レーザー ライト。 その結果は研究グループでさえ驚いた。同じ厚さの純粋なチタン酸バリウムと比較して、電流の流れは最大1,000倍強かった。これは、主要な光電成分としてのチタン酸バリウムの割合がほぼXNUMX分のXNUMX減少したにもかかわらず。 「格子層間の相互作用により、誘電率がはるかに高くなるようです。つまり、光子による励起により、電子がはるかに容易に流れることができます」とAkashBhatnagar氏は説明します。 測定はまた、この効果が非常に強力であることを示しました：それはXNUMXヶ月の期間にわたってほぼ一定のままでした。
卓越した光電効果の原因を正確に突き止めるには、さらに研究を行う必要があります。 Bhatnagarは、新しいコンセプトによって実証された可能性が、ソーラーパネルの実用的なアプリケーションに使用できると確信しています。 「層構造は、純粋な強誘電体よりもすべての温度範囲で高い収率を示します。 結晶はまた、はるかに耐久性があり、特別なパッケージを必要としません。」
