Következő generációs napenergia: Japán kutatók áttörést értek el a BPVE-ben
Egy hagyományos napelemben két különbözőképpen adalékolt félvezető réteg alkot egy p-n átmenetet. A határfelületükön belső elektromos tér alakul ki. Amikor fény éri a cellát, elektronok és pozitív töltésű társaik keletkeznek. Az elektromos mező gyorsan ellentétes irányba tereli őket, áramot hozva létre. Ez az alapvető konstrukció azonban a feszültség és a hatékonyság beépített fizikai korlátjával jár - ez a Shockley-Queisser-határ néven ismert. Gyakorlatilag még ideális napfényviszonyok mellett is csak a fény energiájának körülbelül egyharmada alakítható át elektromos árammá.
Ez az a pont, ahol a ömlesztett fotovoltaikus effektus (BPVE) lép a képbe. A hagyományos napelemekkel ellentétben ez nem támaszkodik p-n átmenetre vagy belső elektromos mezőre. Ehelyett bizonyos kristályok egyedi atomszerkezetét használja ki, amelyek nem rendelkeznek tükörszimmetriával. A hatás akkor keletkezik, ha két szimmetria egyszerre törik meg: Először is, a térbeli tükörszimmetriának hiányoznia kell, ami lehetővé teszi, hogy az aszimmetrikus atomi elrendezés fény hatására az elektronokat előnyben részesítse az egyik irányba. Másodszor, az időbeli fordított szimmetriát egy mágneses anyagnak meg kell törnie, így az elektronok előre és hátra irányuló mozgása már nem egyenértékű. Ha mindkét feltétel teljesül, a fény önmagában képes áramot generálni - elágazás nélkül és a Shockley-Queisser-határon túl.
Kiotói kutatók BPVE áttörést értek el - mágnesességgel vezérelhető napelemek
A Kiotói Egyetem kutatócsoportja Kazunari Matsuda fizikus vezetésével első ízben fejlesztett ki olyan napelemet hagyományos p-n átmenet nélkül, ahol mindkét kritikus feltétel egyszerre teljesül:
- Egyetlen, atomvékony félvezető réteg biztosítja, hogy az anyagnak nincs tükörszimmetriája.
- Egy alatta lévő mágneses kristály pedig tovább töri az időbeli fordított szimmetriát.
A Kiotói Egyetem bejelentette az áttörést június 24-én jelentette be. Ez lehetővé teszi, hogy az ömlesztett fotovoltaikus hatás (BPVE) teljes mértékben érvényesüljön: a fény közvetlenül egy irányba tereli az elektronokat, és belső elektromos tér nélkül áramot generál. A mágneskristály úgy működik, mint egy finoman állítható szabályozógomb - külső mágneses tér alkalmazásával az áram be- vagy kikapcsolható, illetve az erőssége modulálható. Elméletileg a BPVE-n alapuló napelemek több energiát tudnának hasznosítani a napfényből, miközben ultravékonyak, rugalmasak és még a mágneses mezők segítségével is hangolhatóak.
A nyolcoldalas tanulmány a Nature Communications című szaklapban jelent meg, online szabadon hozzáférhető. Bár a Kiotói Egyetem nem közölte a kereskedelmi forgalomba hozatal ütemtervét, a technológia még a fejlesztés korai szakaszában van. Mégis vannak potenciális alkalmazások, amelyek a közeljövőben megjelenhetnek - nemcsak az energiatermelésben, hanem a szenzortechnikában is. Az ultravékony BPVE-filmek például önellátó "mini erőművekként" szolgálhatnának címkéken, viselhető eszközökön vagy környezetfigyelő eszközökön. Ezek a filmek nem csak a hőmérséklet-, páratartalom- vagy mozgásérzékelőket látnák el energiával; mágneses hangolhatóságuk lehetővé tenné a fényintenzitás, a mágneses mezők és még a fény polarizációjának érzékelését is - mindezt egyetlen, szinte láthatatlan rétegben.
Forrás(ok)
