На 35% більше потужності: створено нову технологію для сонячних панелей

Ця інновація знаходить застосування у фотонних, обчислювальних, сенсорних і енергетичних технологіях.

Дослідники під керівництвом доцента Янга Бая з дослідницького підрозділу мікроелектроніки досягли значного кроку в пошуках ефективного збору енергії. Їхня робота зосереджена на об'ємному фотоелектричному ефекті (BPVE) у сегнетоелектричних матеріалах, який може перевершити звичайні напівпровідникові сонячні панелі, пише interestingengineering.com.

Робота під назвою "Дослідження впливу поляризації змінного струму на об'ємний фотоелектричний ефект у монокристалах Pb(Mg1/3 Nb 2/3 )O3 -PbTiO3" демонструє, як маніпулювання сегнетоелектричними доменами за допомогою поляризації змінного струму дає значне збільшення електричної потужності — на 35%, — привертаючи увагу до майбутньої ролі BPVE у багатофункціональних пристроях.

Традиційні сонячні панелі засновані на p-n-переходах напівпровідників на основі кремнію. Доцент Бай пояснює: "У звичайних сонячних елементах механізм збору сонячної енергії та її подальшого перетворення в електрику заснований на формуванні p-n-переходів напівпровідників. BPVE не покладається на p-n-переходи для роботи під впливом сонячної енергії. Він формує свій власний "самоперехід" і, теоретично, може порушити фізичну межу межі Шоклі-Квайссера".

Однак, хоча цей ефект було виявлено в 1960-70-х роках, реальні додатки розвивалися повільно. Електрична потужність осередків на основі BPVE залишається скромною порівняно з традиційними фотоелементами. Нове дослідження розв'язує цю проблему, демонструючи, як переорієнтація мікроскопічних доменів у кристалах оксидного перовскіту може значно підвищити вихідну потужність.

Усередині сегнетоелектричних кристалів домени являють собою крихітні області, де електричні поляризації вирівнюються рівномірно. Застосовуючи електричне поле поляризації змінного струму, команда Бая змогла вирівняти ці домени більш ефективно, ніж за допомогою стандартних полів постійного струму.

Після видалення поля змінного струму поліпшене вирівнювання зберігається, що знижує ймовірність рекомбінації носіїв заряду. Це призводить до більшої ефективності перетворення енергії, прокладаючи шлях для потенційних пристроїв, які могли б використовувати BPVE в набагато більшому масштабі.

"Перші конкретні додатки будуть у малогабаритних сенсорних і обчислювальних пристроях, де на додаток до електричних сигналів ми можемо вводити світло різних довжин хвиль як додатковий ступінь свободи для роботи. Раніше ми довели використання BPVE у безфільтровому датчику кольору. Інші приклади включають компоненти для нейроморфних обчислень і багатоджерельні збирачі енергії для пристроїв інтернету речей", — пояснює Бай.

Попри це покращення на 35%, Бай визнає наявність значних перешкод. За його словами, проблема полягає в "забороненій зоні" матеріалів, де в ідеалі потрібен матеріал, який водночас має вузьку "заборонену зону" (для максимального поглинання видимого світла) і велику спонтанну поляризацію.

"Більшість доступних нині матеріалів мають або вузьку "заборонену зону", або велику спонтанну поляризацію, але не обидва відразу. У найближчому майбутньому ми спробуємо розширити можливості матеріалів", — підсумував він.

Раніше ми писали, що найкращих виробників сонячних панелей вивели на чисту воду. У середньому на практиці показники виявляються на 1,2% меншими, ніж обіцяли компанії. Для Німеччини це еквівалентно 195 МВт відсутньої енергії.