Većina solarnih ćelija koje se danas koriste na bazi su silikona, no njihova je učinkovitost ograničena. Ta činjenica dovoljan je razlog zbog kojeg znanstvenici tragaju za novim materijalima kako bi poboljšali učinkovitost solarnih ćelija. Čini se da su uspjeli i pronaći jedan takav materijal, ili bolje rečeno, dobitnu kombinaciju materijala u obliku spoja feroelektričnih i paraelektričnih materijala.

Znanstvenici sa sveučilišta Martin Luther (MLU) u Halle-Wittenbergu otkrili su da mogu povećati učinkovitost feroelektričnih materijala kombinirajući ih s još dva paraelektrična materijala.

Feroelektričan znači da materijal ima prostorno odvojene pozitivne i negativne naboje. Odvajanje naboja dovodi do asimetrične strukture koja omogućava proizvodnju električne energije iz svjetlosti, objašnjava fizičar dr. Akash Bhatnagar.

Za razliku od silikona, feroelektrični ne trebaju pozitivno i negativno dopirane slojeve da bi stvorili fotovoltni učinak. To znači i jednostavniju proizvodnju samih solarnih panela.

Ipak, materijal koji je izazvao zanimanje znanstvenika, barijev titanat, zapravo ne upija toliko sunčeve svjetlosti, pa posljedično i ne stvara veliku količinu električne energije. No najnovije istraživanje pokazalo je da se kombiniranjem ekstremno tankih slojeva barijeva titanata s paraelektričnim materijalima, stroncij titanatom i kalcij titanatom, uvelike povećava količine proizvedene energije.

Važno je ovdje da se feroelektrični materijal slaže u sendvič s paraelektričnim materijalom. Iako potonji nema odvojene naboje, on može postati fotoelektričan pod određenim uvjetima, primjerice na niskim temperaturama ili kad je njegova kemijska struktura neznatno modificirana, pojašnjava Bhatnagar.

Umetnuli smo barijev titanat između stroncijeva i kalcijeva titanata. To smo postigli isparavanjem kristala pomoću snažnog lasera i njihovim ponovnim nanošenjem na podloge nosača. Tako smo stvorili materijal od 500 slojeva debljine 200 nanometara, kaže Yaseul Yun s MLU-a, autor studije.

Provodeći fotoelektrična mjerenja, taj novi materijal ozračen je laserskim svjetlom, a rezultat je zapanjio i same znanstvenike. U usporedbi s čistim barijevim titanatom slične debljine, tok struje u novom kompozitu bio je i do 1000 puta jači.

Međudjelovanje tih slojeva dovelo je, čini se, do mnogo veće permitivnosti. Drugim riječima, elektroni se mogu kretati mnogo lakše zbog njihove uzbuđenosti pokrenute utjecajem fotona, pojašnjava Bhatnagar.

Mjerenja su pokazala i da je taj efekt vrlo robustan te da ostaje gotovo konstantan i tijekom perioda od šest mjeseci.

Biti će potrebno još istraživanja kako bi se otkrilo što točno izaziva tako učinkovit fotoelektrični učinak, a Bhatnagar vjeruje da njihov koncept ima i tržišnu budućnost te moguću aplikaciju u solarnim panelima.

Ta slojevita struktura pokazuje veću proizvodnju energije na svim temperaturama za razliku od čistih feroelektričnih materijala. Kristali su također znatno izdržljiviji i ne zahtijevaju posebno pakiranje, kaže Bhatnagar.

Izvor: Nano Magazine