Našli spôsob ako zvýšiť účinnosť premeny svetla na elektrinu o 250 %

Kremík je štandardný polovodičový materiál používaný v mnohých zariadeniach (CPU, polovodičové čipy, detektory, solárne články). Je to hojný, prirodzene sa vyskytujúci materiál, jeho ťažba a čistenie sú však nákladné. V posledných rokoch sa perovskity ukázali ako mimoriadne sľubná, oveľa lacnejšia a rovnako účinná náhrada kremíka v solárnych článkoch a detektoroch. Štúdia výskumníkov z Rochesterskej univerzity teraz naznačuje, že perovskity sa môžu stať oveľa efektívnejšími.

Výskumníci zvyčajne syntetizujú perovskity v experimentálnom laboratóriu a potom aplikujú materiál ako film na sklenený substrát a skúmajú rôzne aplikácie. Profesor optiky Chunlei Guo, ktorý viedol štúdiu, navrhuje nový prístup. Použitím substrátu buď z vrstvy kovu, alebo striedajúcich sa vrstiev kovu a dielektrického materiálu (namiesto skla) zistil, že možno zvýšiť účinnosť premeny svetla perovskitu o 250 %. Vložením kovovej platformy pod perovskit sa úplne zmení interakcia elektrónov v perovskite. Nová kombinácia perovskitu a kovu vytvára „veľmi prekvapivé fyzikálne vlastnosti“.

„Kúsok kovu dokáže urobiť toľko práce ako zložité chemické inžinierstvo v experimentálnom laboratóriu,“ hovorí Guo a dodáva, že nový výskum môže byť obzvlášť užitočný pre budúce získavanie slnečnej energie. V solárnom článku musia fotóny zo slnečného svetla interagovať s elektrónmi a excitovať ich, čo spôsobí, že elektróny opustia svoje atómové jadrá a generujú elektrický prúd. V ideálnom prípade by sa v solárnom článku použili materiály, ktoré sú slabé na stiahnutie excitovaných elektrónov späť do atómových jadier a zastavenie elektrického prúdu.

Guovo laboratórium preukázalo, že takejto rekombinácii elektrónov možno podstatne zabrániť spojením perovskitového materiálu s vrstvou kovu alebo metamateriálového substrátu pozostávajúceho zo striedajúcich sa vrstiev striebra (ušľachtilého kovu) a oxidu hlinitého (dielektrika). Výsledkom bolo výrazné zníženie elektrónovej rekombinácie. Laboratórium pomocou jednoduchého detektora pozorovalo výsledné 250 % zvýšenie účinnosti premeny svetla. No prv, ako sa perovskity stanú praktickými pre takéto aplikácie, je potrebné vyriešiť niekoľko problémov, najmä ich tendenciu relatívne rýchlo degradovať.  Štúdia bola zverejnená v časopise Nature Photonics.

Zdroj: phys.org.