Ученые придумали, как улучшить солнечные батареи и лазеры
Коэффициент полезного действия современных солнечных батарей составляет около 11-15%, однако уже в ближайшее время их эффективность может существенно возрасти благодаря открытию, сделанному исследователями Северо-Западного университета США.
Группа ученых Северо-Западного университета, расположенного в пригороде Чикаго, предлагает использовать полупроводниковые материалы с измененной по инновационной методике запрещенной зоной для создания солнечных батарей. Разработанный исследователями метод позволяет варьировать ширину запрещенной зоны в пределах 200%, чтобы получать материалы с такими свойствами, которых не существует в природе.
В полупроводниках запрещенная зона отделяет валентную зону, в которой при абсолютном нуле находятся все электроны, от зоны проводимости, в которой электроны отсутствуют. Чтобы электрон преодолел запрещенную зону и в полупроводнике возник электрический ток, ему требуется затратить определенное количество энергии, измеряемой в электрон-вольтах (эВ).
Если эта энергия составляет 9 эВ или более, то материал считается изолятором, от 1 до 9 эВ — полупроводником, а 0 эВ — проводником электрического тока.
Предложенный учеными Северо-Западного университета метод изменения ширины запрещенной зоны основан на использовании квантово-механические вычислений для предсказания и задания свойств новых материалов и контроле взаимодействия между отдельными группами атомов. С его помощью ширину запрещенной зоны в сложных оксидах можно изменять в пределах 2 эВ. Общий состав материала при этом остается неизменным. Применяющиеся сегодня методики не позволяют добиться подобных результатов.
Как ожидают исследователи, с помощью новой технологии можно существенно улучшить параметры лазеров и солнечных батарей. Так, для производства ячейки солнечной панели лучше всего подходит полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,34 эВ, однако в природе материалов с подобными свойствами нет. Используя новый инновационный подход, такие искусственные материалы можно будет получать в промышленных количествах.