Luftbild eines solarthermischen Kraftwerks in der Wüste von Nevada Ferrantrait/iStock
Die Energieerzeugung von ferroelektrischen Kristallen in Solarzellen kann dank einer neuen Innovation bei der Anordnung dünner Schichten der Materialien um das Tausendfache gesteigert werden, nach eine Aussage von Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg MLU.
Forscher der MLU fanden heraus, dass sie mit abwechselnd angeordneten kristallinen Schichten aus Bariumtitanat, Strontiumtitanat und Calciumtitanat die Effizienz von Sonnenkollektoren erheblich steigern könnten. Ihre Ergebnisse sind in der veröffentlicht.TagebuchWissenschaftliche Fortschritte.
Obwohl die meisten Solarzellen aufgrund ihrer geringen Kosten und Effizienz aus Silizium bestehen, haben die Grenzen der Gesamteffizienz des Materials dazu geführt, dass Forscher mit neuen Materialien experimentierten, einschließlich ferroelektrischer Kristalle.
Einer der Vorteile von ferroelektrischen Kristallen besteht darin, dass sie keinen pn-Übergang benötigen, d. h. keine positiv und negativ dotierten Schichten – wie es bei Siliziumsolarzellen der Fall ist.
Allerdings absorbiert beispielsweise reines Bariumtitanat, ein von den MLU-Forschern getesteter ferroelektrischer Kristall, wenig Sonnenlicht. Durch Experimente mit verschiedenen Materialkombinationen fanden die Wissenschaftler heraus, dass sie extrem dünne Schichten unterschiedlicher Materialien kombinieren konnten, um ihre Sonnenstrahlung deutlich zu erhöhenEnergiegewinn.
"Wichtig ist hier, dass sich ein ferroelektrisches Material mit einem paraelektrischen Material abwechselt. Letzteres hat zwar keine getrennten Ladungen, kann aber unter bestimmten Bedingungen ferroelektrisch werden, zum Beispiel bei niedrigen Temperaturen oder wenn seine chemische Struktur leicht verändert wird," Dr. Akash Bhatnagar, vom Center for Innovation Competence SiLi-nano der MLU, erklärt in der MLU-Pressemitteilung.
geschichteter Stromstoß
Bhatnagar und sein Team betteten Bariumtitanat zwischen Strontiumtitanat und Calciumtitanat ein, indem sie die Kristalle mit einem Hochleistungslaser verdampften und wieder auf Trägersubstraten abschieden. Das resultierende Material bestand aus 500 Schichten und war 200 Nanometer dick.
Die Forscher fanden heraus, dass ihr geschichtetes Material einen Stromfluss ermöglicht, der 1.000 Mal stärker ist als in reinem Bariumtitanat der äquivalenten Dicke gemessen.
"Die Wechselwirkung zwischen den Gitterschichten scheint zu einer viel höheren Permittivität zu führen - mit anderen Worten, die Elektronen können aufgrund der Anregung durch die Lichtphotonen viel leichter fließen", erklärte Bhatnagar.
Das Team zeigte auch, dass die Messungen über einen Zeitraum von sechs Monaten nahezu konstant blieben, was bedeutet, dass das Material für eine kommerzielle Anwendung robust genug sein könnte. Als nächstes werden sie die genaue Ursache des photoelektrischen Effekts in ihrem Schichtmaterial weiter erforschen, mitim Hinblick auf einen eventuellen Masseneinsatz.
Ihre Arbeit verspricht, Teil eines Potenzials zu seinRevolution in ferroelektrischen Materialien, mit möglichen Anwendungen in Computerspeicher und Kondensatoren.