Фотоэлектрический эффект сегнетоэлектрических кристаллов может быть увеличен в 1,000 раз, если три разных материала периодически размещаются в решетке. Это было выявлено в исследовании ученых из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU). Они достигли этого путем создания кристаллических слоев титаната бария, титаната стронция и титаната кальция, которые они поочередно помещали друг на друга. Их выводы, которые могут значительно повысить эффективность солнечных элементов.
Большинство солнечных элементов в настоящее время основаны на кремнии; однако их эффективность ограничена. Это побудило исследователей изучить новые материалы, такие как сегнетоэлектрики, такие как титанат бария, смешанный оксид бария и титана. «Сегнетоэлектрик означает, что материал имеет пространственно разделенные положительные и отрицательные заряды», - объясняет физик д-р Акаш Бхатнагар из Центра инновационной компетенции SiLi-nano MLU. «Разделение зарядов приводит к асимметричной структуре, которая позволяет вырабатывать электричество из света». В отличие от кремния, сегнетоэлектрические кристаллы не нуждаются в так называемом pn-переходе для создания фотоэлектрического эффекта, другими словами, никаких положительно и отрицательно легированных слоев. Это значительно упрощает производство солнечной энергии. Панели.
Однако чистый титанат бария не поглощает много солнечного света и, следовательно, генерирует сравнительно низкий фототок. Последние исследования показали, что сочетание чрезвычайно тонких слоев различных материалов значительно увеличивает выход солнечной энергии. «Здесь важно то, что сегнетоэлектрический материал чередуется с параэлектрическим материалом. Хотя последний не имеет разделенных зарядов, он может стать сегнетоэлектриком при определенных условиях, например, при низких температурах или когда его химическая структура немного изменена », - объясняет Бхатнагар.
Исследовательская группа Бхатнагара обнаружила, что фотоэлектрический эффект значительно усиливается, если сегнетоэлектрический слой чередуется не только с одним, но и с двумя разными параэлектрическими слоями. Исследователь объясняет: «Мы внедрили титанат бария между титанатом стронция и титанатом кальция. Это было достигнуто путем испарения кристаллов с помощью мощного лазера и повторного осаждения их на несущие подложки. В результате получился материал из 500 слоев толщиной около 200 нанометров ».
При проведении фотоэлектрических измерений новый материал облучали лазер свет. Результат удивил даже исследовательскую группу: по сравнению с чистым титанатом бария такой же толщины ток был в 1,000 раз сильнее - и это несмотря на то, что доля титаната бария как основного фотоэлектрического компонента была уменьшена почти на две трети. . «Взаимодействие между слоями решетки, по-видимому, приводит к гораздо более высокой диэлектрической проницаемости - другими словами, электроны могут двигаться намного легче из-за возбуждения световыми фотонами», - объясняет Акаш Бхатнагар. Измерения также показали, что этот эффект очень устойчив: он оставался почти постоянным в течение шести месяцев.
Теперь необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы точно выяснить, что вызывает выдающийся фотоэлектрический эффект. Бхатнагар уверен, что потенциал, продемонстрированный новой концепцией, может быть использован для практических применений в солнечных батареях. «Слойная структура показывает более высокий выход во всех температурных диапазонах, чем чистые сегнетоэлектрики. Кристаллы также значительно прочнее и не требуют специальной упаковки ».
