Egy új napelemes innováció 1000-szer több energiát képes biztosítani

Ezerszeresére növelhető a ferroelektromos kristályok energiatermelése a napelemekben, köszönhetően egy friss újításnak, amely vékony anyagré...

Ezerszeresére növelhető a ferroelektromos kristályok energiatermelése a napelemekben, köszönhetően egy friss újításnak, amely vékony anyagrétegek elrendezését foglalja magában, áll a Luther Márton Tudományegyetem közleményében.

Az egyetem kutatói azt találták, hogy felváltva elhelyezett kristályos bárium-titanát-, stroncium-titanát- és kalcium-titanát rétegek nagyban növelhetik a napelemek hatékonyságát. Megállapításaik a Science Advances folyóiratban jelentek meg. (1)

Alacsony költsége és relatív hatékonysága miatt a legtöbb napelem szilíciumból készül, az anyag általános hatékonyságának korlátai azonban azt eredményezték, hogy a kutatók új anyagokkal kezdtek kísérletezni, beleértve a ferroelektromos kristályokat is.

A ferroelektromos kristályok egyik előnye, hogy nem igényelnek pn átmenetet, vagyis nincsenek pozitív és negatív hozzáadott rétegek, ahogyan ez a szilícium napelemek esetében is történik.

Azonban a tiszta bárium-titanát, egy ferroelektromos kristály, amelyet az egyetem kutatói teszteltek, például kevés napfényt nyel el. Különböző anyagkombinációkkal kísérletezve a tudósok azt találták, hogy a különféle anyagok rendkívül vékony rétegeit kombinálva jelentősen megnövelhetik a napenergia-hozamukat.

"A legfontosabb itt az, hogy a ferroelektromos anyag felváltva legyen a paraelektromos anyaggal. Bár az utóbbinak nincsenek külön töltései, bizonyos körülmények között, például alacsony hőmérsékleten vagy kissé módosult kémiai szerkezettel ferroelektromossá válhat," - mondta Dr Akash Bhatnagar, a Luther Márton Tudományegyetem Innovációs Kompetencia Központjának munkatársa. (2)

Réteges elrendezés

Bhatnagar és csapata a bárium-titanátot a stroncium-titanát és a kalcium-titanát közé ágyazta be úgy, hogy a kristályokat nagy teljesítményű lézerrel elpárologtatta, majd hordozószubsztrátumokon újra elhelyezte. A kapott anyag 500 rétegből áll és 200 nanométer vastag.

A kutatók megállapították, hogy réteges anyaguk 1000-szer erősebb elektromos áramlást tesz lehetővé, mint amit az egyenértékű vastagsággal rendelkező tiszta bárium-titanátban mértek.

"Úgy tűnik, hogy a rácsrétegek közötti kölcsönhatás sokkal nagyobb permittivitást eredményez - más szóval, az elektronok sokkal könnyebben tudnak áramolni a fényfotonok gerjesztése miatt," - magyarázta Bhatnagar.

A csapat azt is kimutatta, hogy a mérések majdnem állandóak maradtak egy hat hónapos időszak alatt, vagyis az anyag elég robusztus lehet a kereskedelmi alkalmazáshoz. Ezután tovább folytatják a fotoelektromos hatás pontos okának kutatását réteges anyagukban, annak érdekében, hogy tömegesen is bevethetők legyenek.

Munkájuk a ferroelektromos anyagok terén várható forradalom részének ígérkezik, a számítógépes memóriákban, kondenzátorokban és más elektronikus eszközökben lehetséges alkalmazásokkal együtt. (3)

(1) - https://advances.sciencemag.org/content/
(2) - https://pressemitteilungen.pr.uni-halle.de
(3) - https://interestingengineering.com/new-s