Német kutatók olyan három különböző, ferroelektromos kristályból készült réteges rácselrendezést fejlesztettek ki, amely erőteljes fotovoltaikus hatással bír.
A ferroelektromos kristály réteges szerkezete a bárium-titanát napelem termelési együtthatóját 1000-szeres tényezővel növeli meg.
Kép: Martin Luther Egyetem, Halle-Wittenbergben
A különböző anyagok ultravékony rétegeinek kombinációja képes 1000-szeresére növelni a napelemek fotovoltaikus hatását, ezt állítják a Németországban, Halle-Wittenbergben található Martin Luther University (MLU) kutatói.
Megállapításaikat az Advanced Science című folyóiratban tették közzé, leírták annak a három különböző ferroelektromos kristályból (ebben az esetben bárium-titanát, stroncium-titanát és kálcium-titanát kristályból) álló rétegnek a rácselrendezését, amely erőteljes napenergia-hozamot eredményezett.
A ferroelektromos azt jelenti, hogy az anyag térben választja szét a pozitív és a negatív töltésű elektronokat. A térbeli elkülönítés aszimmetrikus szerkezetet eredményez, ami lehetővé teszi az elektromos áram fényből történő előállítását.
A ferroelektromos kristályok abban különböznek a hagyományos szilícium celláktól, hogy nem igényelnek p-n átmenetet a fotovoltaikus hatás létrehozásához. Más szavakkal nincs szükség pozitívan és negatívan szennyezett rétegekre a cellán belül. A kutatók véleménye szerint ez leegyszerűsítheti a napelemcellák gyártását.
Az MLU kutatói kísérleteztek a bárium-titanáttal, hogy kiaknázhassák annak tulajdonságait. Azonban a bárium-titanát nem köt meg jelentős mennyiségű napfényt; így viszonylag kevés fényáramot állít elő. A kutatók kimutatták, hogy a különböző anyagok ultravékony rétegeinek kombinációja képes jelentősen megnövelni a cella hozamát.
A kutatók vékony paraelektromos réteggel egészítették ki a cellát. Bár ez a réteg nem rendelkezik elkülönített töltésekkel, bizonyos feltételek között ferroelektromossá válhat; például alacsony hőmérsékleten vagy amikor a kémiai szerkezetét enyhén módosítják.
Az MLU fizikusa, Dr. Akash Bhatnagar és csapata felfedezte, hogy sokkal erőteljesebb a fotovoltaikus hatás, amikor a ferroelektromos réteg nem egy, hanem két különböző paraelektromos réteggel váltakozik.
A csapat bárium-titanátot ágyazott stroncium-titanát és kálcium-titanát közé. Ezt úgy valósították meg, hogy a kristályokat elpárologtatták nagy teljesítményű lézerrel, majd hordozóanyagokra helyezték át őket. A kapott 500 rétegből álló anyag mindössze 200 nanométer vastagságú lett.
Az MLU csapata vizsgálat céljából lézerfénnyel világította meg az új anyagot, és az eredmény őket is meglepte. A hasonló vastagságú bárium-titanáthoz képest az áram 1000-szer erősebb volt, annak ellenére, hogy csaknem kétharmadával csökkentették a bárium-titanát arányát.
A rács rétegei közötti kölcsönhatás sokkal magasabb permittivitáshoz vezetett – más szavakkal, az elektronok sokkal szabadabban tudnak áramlani a fény fotonjainak gerjesztő hatására” – mondta Bhatnagar.
A kutatás azt is kiderítette, hogy ez a hatás tartós is, csaknem állandó maradt a hat hónapig tartó vizsgálati időszak alatt. További kutatások zajlanak annak megállapítására, hogy pontosan mi okozza ezt a fotovoltaikus hatást.
Forrás: pv-magazine
