Добувати енергію стане простіше: новий матеріал перевершив звичайні сонячні елементи

Вчені з Японії протестували новий матеріал для створення сонячних панелей і знайшли його надзвичайно ефективним. Про це дослідження пише сайт SciTechDaily.

Об'ємний фотоелектричний ефект (BPV) — рідкісне явище, яке може дозволити деяким матеріалам перевершити продуктивність традиційних p-n-переходів у сонячних елементах. Команда з Японії вперше експериментально досягла ефекту BPV в альфа-фазі селеніду індію, підтвердивши теоретичні передбачення. Пристрій, зроблений з цього матеріалу, показав високу ефективність перетворення сонячного світла в електрику, що відкриває шлях до фотоелектричних елементів нового покоління.

Сьогодні більшість сонячних панелей використовують p-n-переходи, коли фотоелектричний ефект виникає на межі між різними матеріалами. Однак такі конструкції обмежені межею Шоклі-Квайссера — вона накладає обмеження на їхню теоретичну максимальну ефективність перетворення сонячної енергії та змушує шукати компроміс між напругою і струмом, які можуть бути отримані за допомогою фотоелектричного ефекту.

Деякі кристалічні речовини демонструють уже згаданий ефект об'ємний фотоелектричний ефект (BPV). У матеріалах, які не мають внутрішньої симетрії, електрони, збуджені світлом, можуть когерентно рухатися в певному напрямку замість того, щоб повертатися у вихідне положення, що і призводить до виникнення ефекту BPV. Селенід індію був одним із перспективних кандидатів, але до недавніх пір його можливості не були доведені експериментально.

"Цей матеріал нещодавно став гарячою темою в галузі фізики конденсованого стану, оскільки він може генерувати струм зміщення. Наше дослідження є першим, що експериментально демонструє це передбачення", — зауважив керівник дослідження Норіюкі Уракамі з Університету Сінсю.

Вчені зібрали пристрій, що складається з тонкого шару селеніду індію, затиснутого між двома шарами графіту, які слугують електродами і під'єднані до джерела напруги та амперметра для вимірювання будь-яких генерованих струмів під час опромінення світлом. Під час тестів вони зафіксували зміщення струмів і ефект BPV у широкому діапазоні частот світла. Пристрій показав квантову ефективність на кілька порядків вищу, ніж в інших сегнетоелектричних матеріалів, і порівнянну з ефективністю низькорозмірних матеріалів із підвищеною електричною поляризацією.

"Це відкриття визначатиме вибір матеріалу для розробки функціональних фотоелектричних пристроїв у найближчому майбутньому, — наголосив професор Уракамі. — Наші результати мають потенціал для подальшого прискорення поширення сонячних батарей, однієї з ключових технологій для збору енергії з довкілля та багатообіцяльного шляху до суспільства з нульовим рівнем викидів вуглецю".

Раніше назвали три технології, які зробили сонячні панелі ефективнішими. За оцінками експертів, частка сонячної енергії у виробництві електроенергії значно зросте до 2050 року.