A manapság elterjedt – kristályos szilíciumból készült – napelemek csak durván a felét használják ki a napfény spektrumának. Néhány kínai tudósnak sikerült egy hatékonyabb módszert kifejlesztenie a napfény elektromos energiává alakításához: háromféle szulfid félvezető vegyületet kombináltak egy nanostrukturált hibrid rendszerré. Ez a rendszer a teljes fénytartományban érkező sugárzást képes energiává alakítani. Az újszerű fejlesztés nagy lépést jelent a hatékonyabb szolár berendezések felé vezető úton.
A nanostrukturált hibrid rendszer a teljes fénytartományban érkező sugárzást képes energiává alakítani. (Kép: Wiley-VCH)
Manapság leginkább kristályos szilíciumból készítik a napelemeket, ami csak a napfény látható tartományát fedi le hatékonyan. Más félvezető anyagokkal további spektrumok érhetők el, azonban egy ideális fotocellának folyamatosan kéne tudnia begyűjteni és átalakítani a sugárzást az egész fénytartományon – az ultraibolyától az infravörösig. Kínában a Hefei Tudományos és Műszaki Egyetemen Shu-Hong Yu, Jun Jiang és munkatársaik egy olyan nanostrukturált félvezető rendszert fejlesztenek, amely hatékonyan nyeli el mind az ultraibolya, mind a látható, mind pedig az infravörös fényt. A három részből álló hibrid szerkezet cink-, kadmium- és réz-szulfidot tartalmaz. Egy parányi, strukturált pálcához hasonlít, amelyben a tiltott sávok szélességét úgy határozták meg, hogy a fény által létrehozott töltéshordozókat a lehető leghatékonyabban gyűjtse össze és vezesse tovább.
A cink-szulfid nanopálcát a tudósok – egy gyöngysor szemeihez hasonló elrendezésben – kadmium-szulfid bevonattal látták el. A cink-szulfid elnyeli az ultraibolya sugárzást, miközben a kadmium-szulfid a látható fény tartományát fedi le. A szerkezet harmadik komponense az infravörös fény elnyeléséért felelős. Erre a célra a kutatók réz-szulfid kristályokat választottak, ami a közeli infravörös sugárzás tartományában különleges abszorpciós tulajdonsággal rendelkezik, a felületi plazmon rezonancia jelenségét mutatja. A tudósok az eredmények értékelésekor kiemelték, hogy a nanopálca abszorpciója csaknem a teljes fényspektrumot lefedi.
A pálca teljesítményét Yu és munkatársai fotoelektrokémiai vízbontás segítségével tesztelték. Miközben a teljes fénytartományban megvilágították a szerkezetet, az elektródák fotoáramot fejlesztettek. Ezzel bizonyították fotovoltaikus rendszerük működőképességét. A projekt döntő fontosságú része volt az érzékeny kapcsolódási felületek pontos illesztése, amelyek a különböző félvezető struktúrákat kapcsolják össze, ezzel meghatározva a félvezető anyagok tiltott sáv szélességét. A kutatók kiemelték, hogy a réteges elrendezéssel nagyon hatékonyan el lehet választani egymástól a napsugárzás hatására létrejött elektronokat és lyukakat. Habár további vizsgálatok szükségesek, a rendszer eddig nagyon ígéretesnek tűnik.
