Добывать энергию станет проще: новый материал превзошел обычные солнечные элементы

Ученые из Японии протестировали новый материал для создания солнечных панелей и нашли его необычайно эффективным. Об этом исследовании пишет сайт SciTechDaily.

Объемный фотоэлектрический эффект (BPV) — редкое явление, которое может позволить некоторым материалам превзойти производительность традиционных p–n-переходов в солнечных элементах. Команда из Японии впервые экспериментально достигла эффекта BPV в альфа-фазе селенида индия, подтвердив теоретические предсказания. Устройство, сделанное из этого материала, показало высокую эффективность преобразования солнечного света в электричество, что открывает путь к фотоэлектрическим элементам нового поколения.

Сегодня большинство солнечных панелей используют p–n-переходы, когда фотоэлектрический эффект возникает на границе между различными материалами. Однако такие конструкции ограничены пределом Шокли–Квайссера — он накладывает ограничение на их теоретическую максимальную эффективность преобразования солнечной энергии и заставляет искать компромисс между напряжением и током, которые могут быть получены посредством фотоэлектрического эффекта.

Некоторые кристаллические вещества демонстрируют уже упомянутый эффект объемный фотоэлектрический эффект (BPV). В материалах, не имеющих внутренней симметрии, электроны, возбужденные светом, могут когерентно двигаться в определенном направлении вместо того, чтобы возвращаться в исходное положение, что и приводит к возникновению эффекта BPV. Селенид индия был одним из перспективных кандидатов, но до недавних пор его возможности не были доказаны экспериментально.

"Этот материал недавно стал горячей темой в области физики конденсированного состояния, поскольку он может генерировать ток смещения. Наше исследование является первым, экспериментально демонстрирующим это предсказание", — заметил руководитель исследования Нориюки Ураками из Университета Синсю.

Ученые собрали устройство, состоящее из тонкого слоя селенида индия, зажатого между двумя слоями графита, служащими электродами и подключенными к источнику напряжения и амперметру для измерения любых генерируемых токов при облучении светом. Во время тестов они зафиксировали смещение токов и эффект BPV в широком диапазоне частот света. Устройство показало квантовую эффективность на несколько порядков выше, чем у других сегнетоэлектрических материалов, и сопоставимую с эффективностью низкоразмерных материалов с повышенной электрической поляризацией.

"Это открытие будет определять выбор материала для разработки функциональных фотоэлектрических устройств в ближайшем будущем, — подчеркнул профессор Ураками. — Наши результаты имеют потенциал для дальнейшего ускорения распространения солнечных батарей, одной из ключевых технологий для сбора энергии из окружающей среды и многообещающего пути к обществу с нулевым уровнем выбросов углерода".