Фотоэлектрический эффект ферроэлектрических кристаллов в фотоэлементах может быть увеличен в 1000 раз, если три различных материала объединены в одну решетку. Исследователи из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU) доказали это в ходе исследования, создав кристаллические слои титаната бария, титаната стронция и титаната кальция, которые поочередно накладывали друг на друга. Результаты, которые могут способствовать значительному повышению эффективности фотоэлементов, были опубликованы в журнале «Science Advances».
В настоящее время большинство фотоэлементов основано на кремнии, но их эффективность ограничена. Поэтому уже несколько лет ведутся исследования новых материалов, например, ферроэлектриков, таких как титанат бария, смешанный оксид бария и титана. «Ферроэлектрик означает, что материал имеет пространственно разделенные положительные и отрицательные заряды», — объясняет физик Акаш Бхатнагар из Центра инновационной компетенции SiLi-nano при MLU. В отличие от кремния, ферроэлектрические кристаллы не требуют для фотоэлектрического эффекта так называемого pn-перехода, то есть отсутствия положительно и отрицательно легированных слоев, что значительно упрощает производство солнечных батарей. Исследования показали, что сочетание различных материалов в чрезвычайно тонких слоях значительно увеличивает выход солнечной электроэнергии. «Здесь важно то, что ферроэлектрический материал чередуется с параэлектрическим. Хотя последний не имеет отдельных зарядов, он может стать ферроэлектриком при определенных условиях, таких как низкая температура или небольшие изменения в химической структуре», — объясняет Бхатнагар.
Теперь исследовательская группа Бхатнагара обнаружила, что фотоэлектрический эффект значительно усиливается, когда ферроэлектрический слой чередуется не с одним, а с двумя различными параэлектрическими слоями.
Для фотоэлектрических измерений новый материал облучали лазерным светом. Результат: по сравнению с чистым титанатом бария аналогичной толщины, ток протекал в 1000 раз сильнее. По словам ученых, эффект был практически постоянным в течение шести месяцев.
Исследование проводилось при поддержке Федерального министерства образования и научных исследований (BMBF), Немецкого исследовательского фонда и при финансировании Европейского фонда регионального развития (ERDF).
Источник: https://www.photon.info/de/news/der-photovoltaische-effekt-steigt-bei-solarzellen-mit-drei-kristallschichten