Eficiență impresionantă! Materialul care depășește celulele solare tradiționale

Efectul fotovoltaic de volum (BPV) este un fenomen rar care este baza pentru materialul care depășește celulele solare tradiționale.

Într-o descoperire recentă, cercetătorii din Japonia au confirmat experimental efectul BPV în seleniura de indiu în fază alfa (α-In2Se3) în direcția perpendiculară pe plan, pentru prima dată, aliniindu-se cu predicțiile teoretice anterioare. Eficiența impresionantă de conversie atinsă de materialul care depășește celulele solare tradiționale realizat din α-In2Se3 reprezintă un pas important pentru tehnologiile de celule solare de nouă generație și pentru fotosenzori.

O înțelegere solidă a efectului fotovoltaic, prin care lumina este convertită în energie electrică utilă, stă la baza designului și a dezvoltării celulelor solare. În prezent, majoritatea celulelor solare utilizează joncțiuni p-n, exploatând efectul fotovoltaic care apare la interfața dintre diferite materiale. Cu toate acestea, aceste designuri sunt limitate de limita Shockley–Queisser, care impune un plafon maxim teoretic al eficienței de conversie solară și introduce un compromis între tensiunea și curentul care pot fi produse prin efectul fotovoltaic.

Iată materialul care depășește celulele solare tradiționale!

Cu toate acestea, anumite materiale cristaline prezintă un fenomen intrigant cunoscut sub numele de efect fotovoltaic de volum (BPV). În materiale care nu au simetrie internă, electronii excitați de lumină se pot deplasa coerent într-o anumită direcție, în loc să revină la pozițiile lor inițiale. Din acest lucru rezultă în generarea de „curenți de deplasare”, ceea ce duce la apariția efectului BPV. Deși experții au prezis că seleniura de indiu în fază alfa (α-In2Se3) ar putea demonstra acest fenomen, materialul nu a fost investigat experimental până acum, explică SciTechDaily.

Pentru a umple acest gol de cunoștințe, o echipă de cercetători din Japonia, condusă de profesorul asociat Noriyuki Urakami, de la Universitatea Shinshu, a început să exploreze efectul BPV în α-In2Se3.

Descoperirile au fost publicate în revista Applied Physics Letters.

„Acest material a devenit recent un subiect fierbinte în fizica materiei condensate, deoarece ar putea genera un curent de deplasare. Studiul nostru este primul care demonstrează experimental această predicție”, afirmă prof. Urakami.

Un progres important pentru o lume neutră din punct de vedere al emisiilor de carbon

Cercetătorii au produs un dispozitiv stratificat, compus dintr-un strat subțire de α-In2Se3, încadrat între două straturi transparente de grafit care au servit drept electrozi, conectați la o sursă de tensiune și un ampermetru pentru a măsura curenții generați în urma iradierii cu lumină. Oamenii de știință s-au concentrat pe curenții de deplasare care apăreau în direcția perpendiculară pe plan în stratul de α-In2Se3.

După testarea cu diferite tensiuni externe și frecvențe de lumină incidente, cercetătorii au confirmat existența curenților de deplasare în direcția perpendiculară pe plan, validând predicțiile anterioare. Efectul BPV a fost observat într-o gamă largă de frecvențe ale luminii.

Cel mai important, cercetătorii au evaluat potențialul efectului BPV în α-In2Se3 și l-au comparat cu alte materiale. „Dispozitivul nostru din α-In2Se3 a demonstrat o eficiență cuantică de câteva ordine de mărime mai mare decât alte materiale feroelectrice și comparabilă cu cea a materialelor bidimensionale cu polarizare electrică îmbunătățită”, subliniază prof. Urakami.

Echipa de cercetare speră ca eforturile lor să contribuie pozitiv la crearea de energie regenerabilă. „Descoperirile noastre ar putea accelera răspândirea celulelor solare, una dintre tehnologiile cheie pentru captarea energiei de mediu și o cale promițătoare către o societate neutră din punct de vedere al emisiilor de carbon”, conchide prof. Urakami.

Studiul deschide calea pentru cercetări suplimentare care să exploateze efectul BPV, îmbunătățind considerabil performanța celulelor solare și designul fotodetectorilor sensibili.

Vă recomandăm să citiți și:

O investigație șocantă arată că aproape 70% din plasticul colectat nu este reciclat, ci ars

De ce nu ruginește oțelul inoxidabil?

Ce este „argintul viu” și cum este folosit în extragerea aurului?

Ce au folosit fizicienii pentru a dezvolta lasere mai puternice?