Согласно заявлению Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU), производство энергии сегнетоэлектрическими кристаллами в солнечных элементах может увеличить в тысячу раз получение чистой энергии. Исследователи из MLU обнаружили, что с поочередным размещением кристаллических слоев титаната бария, титаната стронция и титаната кальция они могут значительно повысить эффективность солнечных панелей.

Большинство солнечных элементов изготавливаются из кремния из-за его низкой стоимости и относительной эффективности; однако ограничения общей эффективности материала привели к тому, что исследователи начали экспериментировать с новыми материалами, включая сегнетоэлектрические кристаллы.

Одним из преимуществ сегнетоэлектрических кристаллов является то, что они не требуют pn-перехода, что означает отсутствие положительно и отрицательно легированных слоев, как в случае с кремниевыми солнечными элементами.

Однако чистый титанат бария, сегнетоэлектрический кристалл, испытанный, например, исследователями MLU, мало поглощает солнечный свет. Экспериментируя с различными комбинациями материалов, ученые обнаружили, что они могут комбинировать чрезвычайно тонкие слои разных материалов, чтобы значительно увеличить выход солнечной энергии.

«Важное здесь является то, что сегнетоэлектрический материал чередуется с параэлектрическим материалом. Хотя последние не отделили заряды, это может стать сегнетоэлектриком при определенных условиях, например, при низких температурах, или когда его химическая структура слегка модифицированна», – сказал Dr Акаш Бхатнагар из Центра инновационной компетенции SiLi-nano MLU.

Бхатнагар и его команда внедрили титанат бария между титанатом стронция и титанатом кальция путем испарения кристаллов с помощью мощного лазера и повторного осаждения их на несущие подложки. Полученный материал состоял из 500 слоев и имел толщину 200 нанометров. Исследователи обнаружили, что их слоистый материал обеспечивает ток в 1000 раз сильнее, чем измеренный в чистом титанате бария эквивалентной толщины.

«Взаимодействие между слоями решетки, по-видимому, приводит к гораздо более высокой диэлектрической проницаемости – другими словами, электроны могут двигаться намного легче из-за возбуждения световыми фотонами», – пояснил Бхатнагар.

Команда также показала, что измерения оставались почти постоянными в течение шестимесячного периода, а это означает, что материал может быть достаточно прочным для коммерческого применения.