Fyzici na univerzite v Warwicku dnes zverejnili nový výskum v štyroch časopise Science, ktorý by mohol doslova vytlačiť viac energie z solárnych článkov fyzickou deformáciou každého z kryštálov v polovodičoch používaných fotovoltickými článkami.

Príspevok nazvaný "Flexo-fotovoltický efekt" bol napísaný profesorom Marinom Alexeom, Ming-Min Yangom a Dong Jikom Kimom, ktorí sú všetci založení na oddelení fyziky univerzity v Warwicku.

Výskumníci spoločnosti Warwick sa zamerali na fyzické obmedzenia súčasného dizajnu väčšiny komerčných solárnych článkov, ktoré predstavujú absolútnu hranicu ich účinnosti. Väčšina komerčných solárnych článkov je tvorená dvoma vrstvami, ktoré na svojom rozhraní vytvárajú spoj medzi dvoma druhmi polovodičov, p-typ s pozitívnymi nosičmi náboja (otvory, ktoré môžu byť naplnené elektrónmi) a n-typ s negatívnymi nábojovými nosičmi (elektróny).

Keď je svetlo absorbované, spojenie oboch polovodičov udržuje vnútorné pole rozdeľujúce foto-budené nosiče v opačných smeroch, generujúce prúd a napätie cez spojenie. Bez takýchto križovatiek sa energia nedá zozbierať a odobraté nosiče jednoducho rýchlo rekombinujú elimináciu akéhokoľvek elektrického náboja.

Táto križovatka medzi oboma polovodičmi je základom pre získanie energie z takejto solárnej bunky, ale prichádza s obmedzením účinnosti. Tento Shockley-Queisser Limit znamená, že všetka energia obsiahnutá v slnečnom svetle, ktoré padá na ideálnu solárnu sústavu v ideálnych podmienkach, môže byť niekedy premenené na elektrickú energiu maximálne 33,7%.

Existuje však aj iná možnosť, že niektoré materiály dokážu zhromažďovať náboje vyrobené slnečnými fotónmi alebo z iných častí. Hromadný fotovoltický efekt sa vyskytuje v niektorých polovodičoch a izolátoroch, kde ich nedostatočná symetria okolo ich centrálneho bodu (ich nescentrosymmetrická štruktúra) umožňuje vytváranie napätia, ktoré môže byť skutočne väčšie ako pásová medzera tohto materiálu (medzera pásma je medzera medzi valenčným pásmom najvyšší rozsah elektrónových energií, v ktorých sú elektróny normálne prítomné pri absolútnej nulovej teplote a vodivé pásmo, kde môže prúdiť elektrina).

Bohužiaľ, materiály, o ktorých je známe, že majú anomálny fotovoltický efekt, majú veľmi nízku účinnosť výroby energie a nikdy sa nepoužívajú v praktických systémoch na výrobu energie.

Tím tímu Warwick sa pýtal, či je možné prevziať polovodiče, ktoré sú účinné v komerčných solárnych článkoch, a manipulovať alebo tlačiť ich nejakým spôsobom tak, aby aj oni mohli byť nútení do nescentrosymetrickej štruktúry, a preto by mohli mať tiež prospech z hromadného fotovoltického efektu.

Pre tento papier sa rozhodli skúsiť doslova tlačiť takéto polovodiče do tvaru použitím vodivých hrotov z mikroskopických prístrojov na "nano-indenter", ktoré potom stlačili a deformovali jednotlivé kryštály Titanátu stroncia (SrTiO3), oxidu titaničitého (TiO2) , a kremík (Si).

Zistili, že všetky tri by mohli byť deformované týmto spôsobom takisto, aby im poskytli nescentrosymmetrickú štruktúru a že boli skutočne schopní poskytnúť hromadný fotovoltický efekt.

Profesor Marin Alexe z univerzity v Warwicku uviedol: "Rozšírenie sortimentu materiálov, ktoré môžu mať prospech z fotovoltického efektu, má niekoľko výhod: nie je potrebné vytvoriť žiadny druh križovatky, akýkoľvek polovodič s lepšou absorpciou svetla môže byť vybraný pre slnečné žiarenie buniek a nakoniec je možné prekonať konečný termodynamický limit efektivity konverzie energie, tzv. Shockley-Queisser Limit.

"Existujú technické výzvy, ale malo by byť možné vytvoriť solárne články, v ktorých by bolo možné udržať pole jednoduchých sklenených zakončení (sto miliónov na cm2), ktoré by dostatočne deformovali každý polovodičový kryštál. Jediným percentuálnym bodom efektívnosti by to bola pre výrobcov solárnych článkov a dodávateľov energie obrovská komerčná hodnota. "

solardayly