Hiệu ứng quang điện của tinh thể sắt điện có thể tăng lên 1,000 nếu ba vật liệu khác nhau được sắp xếp tuần hoàn trong một mạng tinh thể. Điều này đã được tiết lộ trong một nghiên cứu của các nhà nghiên cứu tại Đại học Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU). Họ đã đạt được điều này bằng cách tạo ra các lớp tinh thể của bari titanat, stronti titanat và canxi titanat mà họ lần lượt đặt chồng lên nhau. Phát hiện của họ, có thể làm tăng đáng kể hiệu suất của pin mặt trời.
Hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời hiện nay đều dựa trên silicon; tuy nhiên, hiệu quả của chúng còn hạn chế. Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu kiểm tra các vật liệu mới, chẳng hạn như sắt điện tử như bari titanate, một oxit hỗn hợp làm từ bari và titan. Nhà vật lý học Tiến sĩ Akash Bhatnagar từ Trung tâm Năng lực Sáng tạo SiLi-nano của MLU giải thích: “Ferro điện có nghĩa là vật liệu đã phân tách các điện tích âm và dương trong không gian. "Sự tách biệt điện tích dẫn đến một cấu trúc không đối xứng cho phép tạo ra điện từ ánh sáng." Không giống như silicon, tinh thể sắt điện không yêu cầu cái gọi là tiếp giáp pn để tạo ra hiệu ứng quang điện, hay nói cách khác, không có lớp pha tạp âm và dương. Điều này giúp sản xuất năng lượng mặt trời dễ dàng hơn nhiều tấm.
Tuy nhiên, bari titanat tinh khiết không hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời và do đó tạo ra dòng quang tương đối thấp. Nghiên cứu mới nhất đã chỉ ra rằng việc kết hợp các lớp vật liệu cực mỏng khác nhau sẽ làm tăng đáng kể năng suất năng lượng mặt trời. “Điều quan trọng ở đây là vật liệu sắt điện được xen kẽ với vật liệu cận điện. Mặc dù sau này không có các điện tích tách biệt, nhưng nó có thể trở thành sắt điện trong những điều kiện nhất định, ví dụ như ở nhiệt độ thấp hoặc khi cấu trúc hóa học của nó bị thay đổi một chút, ”Bhatnagar giải thích.
Nhóm nghiên cứu của Bhatnagar phát hiện ra rằng hiệu ứng quang điện được tăng cường đáng kể nếu lớp sắt điện xen kẽ không chỉ với một, mà với hai lớp chất điện môi khác nhau. nhà nghiên cứu giải thích: “Chúng tôi đã nhúng bari titanat vào giữa stronti titanat và canxi titanat. Điều này đạt được bằng cách làm bốc hơi các tinh thể bằng tia laser công suất cao và lắng đọng chúng trên chất nền mang. Điều này đã tạo ra một vật liệu làm từ 500 lớp dày khoảng 200 nanomet. "
Khi tiến hành các phép đo quang điện, vật liệu mới được chiếu xạ bằng tia laser ánh sáng. Kết quả khiến cả nhóm nghiên cứu ngạc nhiên: so với bari titanat tinh khiết có độ dày tương tự, dòng điện hiện tại mạnh hơn tới 1,000 lần — và điều này mặc dù thực tế là tỷ lệ bari titanat là thành phần quang điện chính đã giảm gần XNUMX/XNUMX. . Akash Bhatnagar giải thích: “Sự tương tác giữa các lớp mạng dường như dẫn đến độ cho phép cao hơn nhiều - nói cách khác, các electron có thể di chuyển dễ dàng hơn nhiều do bị kích thích bởi các photon ánh sáng,” Akash Bhatnagar giải thích. Các phép đo cũng cho thấy hiệu ứng này rất mạnh mẽ: nó gần như không đổi trong khoảng thời gian sáu tháng.
Các nghiên cứu sâu hơn hiện phải được thực hiện để tìm ra chính xác nguyên nhân gây ra hiệu ứng quang điện nổi bật. Bhatnagar tự tin rằng tiềm năng được thể hiện bởi khái niệm mới có thể được sử dụng cho các ứng dụng thực tế trong các tấm pin mặt trời. “Cấu trúc lớp cho thấy năng suất cao hơn ở tất cả các phạm vi nhiệt độ so với chất sắt điện tử thuần túy. Các tinh thể cũng bền hơn đáng kể và không cần đóng gói đặc biệt ”.
