Новый тип материала для более эффективных солнечных элементов

Как продемонстрировали исследователи из Венского технологического университета, недавно открытый класс материалов может быть использован для создания нового типа солнечных батарей.

Новый материал, представляющий собой гетеро-структуру из нескольких одноатомных слоев оксидов материалов и обладающий за счет этого совершенно новыми свойствами, в последние годы особенно тщательно изучается в научной среде. Одно из этих свойств гетеро-структур привлекло внимание венских ученых, которые считают, что благодаря ему появится возможность производить более эффективные солнечные элементы.

Как известно, одним из основополагающих свойств любого солнечного элемента является его фотоэлектрический эффект. Его простейший вариант уже был описан Альбертом Эйнштейном в 1905 году: поглощение металлом фотона приводит к выталкиванию электрона со своего «места» в кристаллической решетке. После удаления электрона в решетке остается положительно заряженная область, так называемая «дырка». И электрон, и «дырка» участвуют в создании электрического тока, при этом электроны являются носителями заряда.

Однако, если электрон и «дырка» воссоединятся вновь, то электрический ток не образуется. По мнению венских исследователей, важным преимуществом является то, что электрическое поле создается на микроскопическом уровне, внутри материала, не позволяя электрону и «дырке» рекомбинировать друг с другом. Согласно многочисленным компьютерным моделированиям это позволит существенно повысить эффективность фотоэлектрических солнечных элементов.

Оксиды, использованные учеными для создания материала, являются фактически изоляторами. Но при объединении двух соответствующих типов изоляторов наблюдается удивительный и очень важный эффект: поверхности материала становятся металлическими и проводят электрический ток. Это позволяет извлекать электроны и создавать электрический ток без применения дополнительных электрических проводов, как это делается, к примеру, в кремниевых солнечных элементах – эти провода блокируют часть попадающего на элемент солнечного света.

В настоящее время венские ученые ищут наиболее эффективные комбинации материалов, которые максимально поглощали бы видимую часть спектра. В исследовании также принимали участие ученые из Национальной лаборатории Оакриджа, США, и Вюрцбургского университета, Германия. В ближайшем будущем в Вюрцбурге планируется построить опытный образец солнечного элемента на основе «слоистого» материала и начать его тестирование.