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.
