Ferroelektrik kristallerin fotovoltaik etkisi, üç farklı malzemenin bir kafes içinde periyodik olarak düzenlenmesi durumunda 1,000 kat artırılabilir. Bu, Martin Luther Üniversitesi Halle-Wittenberg'deki (MLU) araştırmacılar tarafından yapılan bir çalışmada ortaya çıktı. Bunu, dönüşümlü olarak birbirlerinin üzerine yerleştirdikleri baryum titanat, stronsiyum titanat ve kalsiyum titanattan oluşan kristal katmanlar oluşturarak başardılar. Güneş pillerinin verimliliğini önemli ölçüde artırabilecek bulguları.
Çoğu güneş pili şu anda silikon bazlıdır; ancak etkinlikleri sınırlıdır. Bu durum araştırmacıları baryum ve titanyumdan oluşan karışık bir oksit olan baryum titanat gibi ferroelektrikler gibi yeni malzemeleri incelemeye yöneltti. MLU Yenilik Yetkinliği Merkezi SiLi-nano'dan fizikçi Dr. Akash Bhatnagar, "Ferroelektrik, malzemenin pozitif ve negatif yükleri mekansal olarak ayırdığı anlamına geliyor" diye açıklıyor. "Yük ayrımı, ışıktan elektrik üretilmesini sağlayan asimetrik bir yapıya yol açıyor." Silikondan farklı olarak ferroelektrik kristaller, fotovoltaik etki yaratmak için pn bağlantısı adı verilen bir bağlantıya, diğer bir deyişle pozitif ve negatif katkılı katmanlara ihtiyaç duymaz. Bu, güneş enerjisi üretmeyi çok daha kolay hale getiriyor paneller.
Ancak saf baryum titanat güneş ışığını çok fazla absorbe etmez ve sonuç olarak nispeten düşük bir fotoakım üretir. Son araştırmalar, farklı malzemelerden oluşan son derece ince katmanların birleştirilmesinin güneş enerjisi verimini önemli ölçüde artırdığını göstermiştir. “Burada önemli olan ferroelektrik bir malzemenin paraelektrik bir malzemeyle yer değiştirmesidir. İkincisi ayrık yüklere sahip olmasa da belirli koşullar altında, örneğin düşük sıcaklıklarda veya kimyasal yapısı hafifçe değiştirildiğinde ferroelektrik hale gelebilir" diye açıklıyor Bhatnagar.
Bhatnagar'ın araştırma grubu, ferroelektrik katmanın yalnızca bir değil iki farklı paraelektrik katmanla değişmesi durumunda fotovoltaik etkinin büyük ölçüde arttığını keşfetti. Araştırmacı şöyle açıklıyor: "Baryum titanatı stronsiyum titanat ile kalsiyum titanatın arasına yerleştirdik. Bu, kristallerin yüksek güçlü bir lazerle buharlaştırılması ve bunların taşıyıcı alt tabakalar üzerinde yeniden biriktirilmesiyle sağlandı. Bu, yaklaşık 500 nanometre kalınlığında 200 katmandan oluşan bir malzeme üretti.”
Fotoelektrik ölçümler yapılırken yeni malzeme ışınlandı. lazer ışık. Sonuç araştırma grubunu bile şaşırttı: Benzer kalınlıktaki saf baryum titanatla karşılaştırıldığında akım akışı 1,000 kata kadar daha güçlüydü ve bu, ana fotoelektrik bileşen olarak baryum titanatın oranının neredeyse üçte iki oranında azalmasına rağmen . Akash Bhatnagar, "Kafes katmanları arasındaki etkileşim çok daha yüksek bir geçirgenliğe yol açıyor gibi görünüyor; diğer bir deyişle elektronlar, ışık fotonlarının uyarılması nedeniyle çok daha kolay akabiliyor" diye açıklıyor. Ölçümler aynı zamanda bu etkinin çok güçlü olduğunu da gösterdi: altı aylık bir süre boyunca neredeyse sabit kaldı.
Olağanüstü fotoelektrik etkiye neyin sebep olduğunu tam olarak bulmak için artık daha fazla araştırma yapılması gerekiyor. Bhatnagar, yeni konseptin gösterdiği potansiyelin güneş panellerindeki pratik uygulamalar için kullanılabileceğinden emin. "Katman yapısı, tüm sıcaklık aralıklarında saf ferroelektriklere göre daha yüksek verim gösteriyor. Kristaller ayrıca çok daha dayanıklı ve özel paketleme gerektirmiyor.”
