Исследователи из Оксфордского университета совместно с коллегами из Уханьского университета (Китай) обнаружили необычный полупроводник - сульфид висмута, который, по их данным, позволяет обойти давнее ограничение солнечных элементов. Работа опубликована в журнале Nature.

Ограничение связано с тем, что материалы, хорошо поглощающие свет, обычно быстро теряют заряды. В солнечной батарее полупроводник поглощает свет и освобождает электроны (отрицательно заряженные частицы), оставляя положительно заряженные "дырки". Чтобы получить ток, эти заряды нужно собрать до того, как электрон и дырка встретятся и аннигилируют. Чем сильнее материал поглощает свет, тем быстрее, как правило, заряды исчезают, что снижает эффективность преобразования энергии.

Сульфид висмута, как выяснилось, сочетает сильное поглощение света с медленной потерей зарядов. Учёные объясняют это необычным расположением энергетических уровней: электроны могут переходить на нижний уровень, который служит временным "резервуаром" и задерживает их рекомбинацию (процесс исчезновения зарядов).

В экспериментах тонкие плёнки сульфида висмута облучали сверхкороткими лазерными импульсами и измеряли, как быстро исчезают заряды, с помощью метода сверхбыстрой терагерцовой спектроскопии. Измерения проводили при температурах от комнатной до чуть выше абсолютного нуля. Вопреки обычному поведению, при охлаждении заряды в сульфиде висмута терялись медленнее, а не быстрее, что подтвердило теоретическую модель.

По оценкам авторов, при комнатной температуре такая структура замедляет потерю зарядов примерно на 75% по сравнению с обычными материалами, поглощающими свет так же сильно. "Наша работа показывает, что эта дилемма не неизбежна", - приводит слова руководителя исследования профессора Лоры Херц пресс-служба Оксфордского университета.

По словам учёных, более долгая жизнь зарядов может повысить эффективность солнечных элементов и облегчить химические реакции для получения топлива из солнечного света. Однако исследование демонстрирует физический механизм, а не готовое устройство. Авторы подчёркивают, что для создания улучшенных солнечных панелей требуются дальнейшие разработки.

Источник: Tech Xplore