Sposób na zapewnienie nam 1000 razy więcej energii
Nowe ogniwa słoneczne wykonane z kryształów ferroelektrycznych zamiast krzemu mogą zapewnić 1000 razy więcej mocy od obecnie stosowanych rozwiązań. Czy to oznacza, że nadchodzi przełom w energetyce?
Według informacji z Uniwersytetu Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), generowanie energii przez kryształy ferroelektryczne w ogniwach słonecznych może być zwiększone tysiąckrotnie dzięki nowej innowacji polegającej na ułożeniu cienkich warstw tych materiałów.
Naukowcy z MLU odkryli, że dzięki naprzemiennie ułożonym warstwom krystalicznym tytanianu baru, tytanianu strontu i tytanianu wapnia mogą znacznie zwiększyć wydajność paneli słonecznych. Ich odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie "Science Advances".Większość ogniw słonecznych jest wykonana z krzemu ze względu na jego niski koszt i względną wydajność, jednak ograniczenia w ogólnej wydajności materiału doprowadziły do eksperymentów naukowców z nowymi materiałami, w tym kryształami ferroelektrycznymi. Jedną z zalet kryształów ferroelektrycznych jest to, że nie wymagają one złącza p-n, co oznacza brak dodatnio i ujemnie domieszkowanych warstw - jak ma to miejsce w przypadku krzemowych ogniw słonecznych.Czysty tytanian baru, ferroelektryczny kryształ badany przez naukowców z MLU, absorbuje niewiele światła słonecznego. Eksperymentując z różnymi kombinacjami materiałów, naukowcy odkryli, że mogą łączyć niezwykle cienkie warstwy różnych materiałów, aby znacznie zwiększyć wydajność energii słonecznej.- Ważne jest tutaj to, że materiał ferroelektryczny jest naprzemiennie układany z materiałem paraelektrycznym. Chociaż ten ostatni nie ma rozdzielonych ładunków, może stać się ferroelektryczny w pewnych warunkach, na przykład w niskich temperaturach lub gdy jego struktura chemiczna zostanie nieznacznie zmodyfikowana - wyjaśnił dr Akash Bhatnagar z Centrum Kompetencji Innowacyjnych SiLi-nano.
Bhatnagar i jego zespół osadzili tytanian baru pomiędzy tytanianem strontu i tytanianem wapnia, odparowując kryształy za pomocą lasera o dużej mocy i ponownie umieszczając je na podłożach nośnych. Uzyskany materiał składał się z 500 warstw i miał grubość 200 nanometrów.Naukowcy odkryli, że ich warstwowy materiał umożliwił przepływ prądu 1000 razy silniejszy niż zmierzony w czystym tytanianie baru o równoważnej grubości.- Interakcja pomiędzy warstwami sieci wydaje się prowadzić do znacznie wyższej przenikalności - innymi słowy, elektrony są w stanie przepływać znacznie łatwiej ze względu na wzbudzenie przez fotony światła - wyjaśnił Bhatnagar.Zespół wykazał również, że pomiary pozostały prawie niezmienne przez okres sześciu miesięcy, co oznacza, że materiał może być wystarczająco wytrzymały do zastosowań komercyjnych. Badania nad dokładną przyczyną efektu fotoelektrycznego w ich warstwowym materiale będą kontynuowane, mając na uwadze ewentualne wdrożenie na skalę masową.
