На 35% больше мощности: создана новая технология для солнечных панелей

Исследователи под руководством доцента Янга Бая из исследовательского подразделения микроэлектроники достигли значительного шага в поисках эффективного сбора энергии. Их работа сосредоточена на объемном фотоэлектрическом эффекте (BPVE) в сегнетоэлектрических материалах, который может превзойти обычные полупроводниковые солнечные панели, пишет interestingengineering.com.

Работа под названием "Исследование влияния поляризации переменного тока на объемный фотоэлектрический эффект в монокристаллах Pb(Mg1/3 Nb 2/3 )O3 -PbTiO3" демонстрирует, как манипулирование сегнетоэлектрическими доменами посредством поляризации переменного тока дает значительное увеличение электрической мощности — на 35%, — привлекая внимание к будущей роли BPVE в многофункциональных устройствах.

Традиционные солнечные панели основаны на p-n-переходах полупроводников на основе кремния. Доцент Бай поясняет: "В обычных солнечных элементах механизм сбора солнечной энергии и ее последующего преобразования в электричество основан на формировании p-n-переходов полупроводников. BPVE не полагается на p-n-переходы для работы под воздействием солнечной энергии. Он формирует свой собственный "самопереход" и, теоретически, может нарушить физический предел предела Шокли-Квайссера".

Однако, хотя этот эффект был выявлен в 1960-70-х годах, реальные приложения развивались медленно. Электрическая мощность ячеек на основе BPVE остается скромной по сравнению с традиционными фотоэлементами. Новое исследование решает эту проблему, демонстрируя, как переориентация микроскопических доменов в кристаллах оксидного перовскита может значительно повысить выходную мощность.

Внутри сегнетоэлектрических кристаллов домены представляют собой крошечные области, где электрические поляризации выравниваются равномерно. Применяя электрическое поле поляризации переменного тока, команда Бая смогла выровнять эти домены более эффективно, чем с помощью стандартных полей постоянного тока.

После удаления поля переменного тока улучшенное выравнивание сохраняется, что снижает вероятность рекомбинации носителей заряда. Это приводит к большей эффективности преобразования энергии, прокладывая путь для потенциальных устройств, которые могли бы использовать BPVE в гораздо большем масштабе.

Несмотря на это улучшение на 35%, Бай признает наличие значительных препятствий. По его словам, проблема заключается в "запрещенной зоне" материалов, где в идеале нужен материал, который одновременно имеет узкую "запрещенную зону" (для максимального поглощения видимого света) и большую спонтанную поляризацию.

"Большинство доступных в настоящее время материалов обладают либо узкой "запрещенной зоной", либо большой спонтанной поляризацией, но не обоими сразу. В ближайшем будущем мы попытаемся расширить возможности материалов", — заключил он.