Vědci našli způsob, jak zvýšit účinnost přeměny světla na elektřinu o 250 %
Křemík je standardní polovodičový materiál používaný v mnoha zařízeních (procesory, polovodičové čipy, detektory, solární články). Je to hojně se vyskytující přírodní materiál, ale jeho získávání a čištění je nákladné. V posledních letech se jako mimořádně slibná, mnohem levnější a stejně účinná náhrada křemíku v solárních článcích a detektorech objevily perovskity. Studie vědců z Rochesterské univerzity nyní naznačuje, že perovskity mohou být mnohem účinnější.
Výzkumníci obvykle syntetizují perovskity v experimentální laboratoři a poté materiál nanášejí jako film na skleněný substrát a zkoumají různé aplikace. Profesor optiky Chunlei Guo, který studii vedl, navrhuje nový přístup. Při použití substrátu buď z vrstvy kovu, nebo střídajících se vrstev kovu a dielektrika (místo skla) zjistil, že je možné zvýšit účinnost přeměny světla perovskitu o 250 %. Vložení kovové platformy pod perovskit zcela změní interakci elektronů v perovskitu. Nová kombinace perovskitu a kovu vytváří „velmi překvapivé fyzikální vlastnosti“.
„Kousek kovu může v experimentální laboratoři odvést stejnou práci jako složité chemické inženýrství,“ říká Guo a dodává, že nový výzkum může být v budoucnu užitečný zejména pro získávání sluneční energie.
V solárním článku musí fotony slunečního světla interagovat s elektrony a excitovat je, což způsobí, že elektrony opustí svá atomová jádra a vytvoří elektrický proud. V ideálním případě by solární článek využíval materiály, které jsou slabé, aby dokázaly excitované elektrony vtáhnout zpět do atomových jader a zastavit elektrický proud.
Guova laboratoř ukázala, že takové rekombinaci elektronů lze podstatně zabránit spojením perovskitového materiálu s kovovým nebo metamateriálovým substrátem tvořeným střídavými vrstvami stříbra (ušlechtilý kov) a oxidu hlinitého (dielektrikum). Výsledkem bylo výrazné snížení rekombinace elektronů.
Pomocí jednoduchého detektoru laboratoř pozorovala výsledné zvýšení účinnosti konverze světla o 250 %. Než se však perovskity stanou praktickými pro takové aplikace, je třeba vyřešit několik problémů, zejména jejich tendenci k relativně rychlé degradaci. Studie byla publikována v časopise Nature Photonics.
Zdroj: redakce, Phys, nature.com