Структура нового
наноматериала - тесно связанные наносферы (квантовые точки), позволяющие
ему преобразовывать всю энергию падающих фотонов в электричество.
Исследователи из FOM Foundation (Технологический университет Делфта)
Toyota Motor Europe и Университета Калифорнии, разработали
наноструктуры, способные повысить эффективность солнечных батарей.
Солнечные батареи.
Обычный солнечный элемент содержит слой кремния. Когда солнечный
свет падает на этот слой электроны в кремнии поглощают энергию
частиц света (фотонов). Используя эту энергию
электроны могут перейти через "запрещенную зону", в результате чего они
могут свободно перемещаться и участвовать в создании электрических
токов. В идеале, энергия фотона должна равнять энергии необходимой
электрону для преодоления "запрещённой зоны" (отрыва от
атома). Солнечный свет, однако, содержит много фотонов и с большими
энергиями, избыток которой теряется на нагревание солнечной ячейки.
Наносферы. Несколько
лет назад исследователи из технологического университета Делфта, с
коллегами, показали, что избытку энергии фотона можно найти неплохое
применение. Если сделать из полупроводникового материала небольшую
сферу, то с её помощью перепрыгнуть "запретные зоны" смогут ещё
несколько электронов. Эти наносферы, так называемые квантовые точки, имеют диаметр всего одной десятитысячной части человеческого волоса.
Подобная наноструктура гарантирует, что электрон движется к центру
"точки" и сталкивается с другими электронами, которые в последствии тоже
становятся свободными. Тем не менее,
до сих пор существовала одна проблема. Электроны оставались в ловушке
своих квантовых точек и не могли способствовать току в солнечном
элементе. Это происходило по тому что большие молекулы, стабилизирующие
поверхность квантовых точек, препятствовали перескакиванию электронов с
одной наносферы на другую. Поэтому ток не тёк.
В новой конструкции, исследователи заменили большие молекулы малыми
и заполнили пустое пространство между квантовыми точками оксидом
алюминия. Выход.
Используя лазерную спектроскопию, физики увидели, что одного фотона
действительно достаточно для выпуска нескольких электронов в материал,
содержащий связанные квантовые точки. Все электроны, перепрыгнули через
"запрещенную зону" и свободно перемещались в материале. В результате
этого выход энергии из солнечной батареи, содержащей такие материалы,
повышается на 45%. Этот тип солнечных батарей легко производить:
структура связанных наносфер может быть применена к обычной солнечной
батареи, простым нанесением на поверхность, как краску. Следовательно,
новые солнечные элементы будут не только более эффективными, но и
дешевле, чем обычные ячейки.
Источник: http://www.popmech.ru/go.php?url=http%3A%2F%2Fphys.org%2F |