Kristal Düzenleme, Ferroelektrik Güneş Hücrelerinin Fotovoltaik Etkisini 1.000 Kat Daha Fazla Artırabilir

Alman araştırmacılar, güçlü bir fotovoltaik etki yaratan üç farklı ferroelektrik kristal katmanından oluşan bir kafes düzenlemesi geliştirdiler.

Almanya’daki Martin Luther Üniversitesi Halle-Wittenberg (MLU) araştırmacılarına göre, farklı malzemelerin ultra ince katmanlarını birleştirmek, güneş hücrelerinin fotovoltaik etkisini 1000 kat artırabilir.

Ferroelektrik, malzemenin uzamsal olarak pozitif ve negatif yükleri ayırdığı anlamına gelir. Yük ayrımı, ışıktan elektrik üretilmesini sağlayan asimetrik bir yapıya yol açar.

Ferroelektrik kristaller, PV etkisi yaratmak için bir p-n bağlantısı gerektirmemeleri bakımından geleneksel silikon hücrelerden farklıdır. Yani hücre içinde pozitif ve negatif katkılı katmanlar oluşturmaya gerek yoktur. Araştırmacılar, değişimin güneş panellerinin üretilmesini kolaylaştırabileceğini söyledi.

MLU araştırmacıları, bu özelliklerden yararlanmak için baryum titanat ile deneyler yapıyorlar. Ancak saf baryum titanat güneş ışığını fazla emmez; sonuç olarak, nispeten düşük bir fotoakım üretir. Araştırma, farklı malzemelerin ultra ince katmanlarını birleştirmenin bir hücrenin verimini önemli ölçüde artırabileceğini gösterdi.

Araştırmacılar hücreye ince bir paraelektrik katman eklediler. Bu katman ayrı yüklere sahip olmasa da belirli koşullar altında ferroelektrik hale gelebilir; örneğin, düşük sıcaklıklarda veya kimyasal yapı biraz değiştirildiğinde.

MLU fizikçisi Dr. Akash Bhatnagar ve ekibi, ferroelektrik katman bir değil iki farklı paraelektrik katmanla değiştiğinde çok daha güçlü bir fotovoltaik etkinin meydana geldiğini keşfetti.

Ekip, stronsiyum titanat ve kalsiyum titanat arasına baryum titanat yerleştirdi. Bu, kristalleri yüksek güçlü bir lazerle buharlaştırarak ve onları taşıyıcı substratlar üzerinde yeniden biriktirerek elde edildi. Sonuç, yalnızca yaklaşık 200 nanometre kalınlığında 500 katmandan oluşan bir malzemeydi.

MLU ekibi, yeni malzemeyi test etmek için hücreyi lazer ışığıyla ışınladı ve sonuçlar onları şaşırttı. Benzer kalınlıktaki saf baryum titanat ile karşılaştırıldığında, baryum titanat oranının neredeyse üçte iki oranında azalmasına rağmen, mevcut akış 1000 kata kadar daha güçlüydü.

Bhatnagar, “Kafes katmanları arasındaki etkileşim, çok daha yüksek bir geçirgenliğe yol açıyor gibi görünüyor, başka bir deyişle, ışık fotonlarının uyarılması nedeniyle elektronlar çok daha kolay akabiliyor” dedi.

Çalışmalar, altı aylık bir test süresi boyunca neredeyse sabit kaldığı için etkinin de esnek olduğunu gösteriyor. Bu fotovoltaik etkiye tam olarak neyin neden olduğunu anlamak için daha fazla araştırma devam etmektedir. PV Magazine

X