8 godzin temu
Japońscy naukowcy opracowali pierwsze ogniwo słoneczne bez złącza p-n, wykorzystujące efekt BPVE. Technologia pozwala na sterowanie prądem polem magnetycznym i może zrewolucjonizować rynek paneli PV.
Zespół z Uniwersytetu w Kioto, kierowany przez prof. Kazunariego Matsudę, opracował pierwsze na świecie funkcjonalne ogniwo słoneczne oparte na efekcie objętościowym fotowoltaicznym (BPVE). To przełom, ponieważ klasyczne ogniwa słoneczne bazują na złączu p-n, które ogranicza ich wydajność do tzw. limitu Shockleya–Queissera. Limit ten oznacza maksymalną teoretyczną sprawność ogniwa, która wynosi około 33-34%. Oznacza to, iż choćby w idealnych warunkach tylko około jedna trzecia energii światła słonecznego może zostać zamieniona na prąd elektryczny. Reszta energii jest tracona, ponieważ część światła jest zbyt słaba, by wywołać przepływ prądu, a część zbyt silna i zamienia się w ciepło.
Ważnym pojęciem w nowej technologii jest symetria inwersji, czyli własność materiału, w którym każda cząsteczka wygląda tak samo, jeżeli spojrzymy na nią odwróconą względem środka. Materiały pozbawione tej symetrii mają „kierunkowość” – ich struktura nie jest identyczna po odwróceniu. Takie materiały są najważniejsze dla efektu BPVE, ponieważ pozwalają światłu generować prąd bez potrzeby stosowania złącza p-n.
W nowym ogniwie wykorzystano jednowarstwowy półprzewodnik pozbawiony symetrii inwersji oraz podłoże z kryształu magnetycznego, co pozwala na generowanie prądu pod wpływem światła i precyzyjne sterowanie nim dzięki pola magnetycznego. Dzięki temu ogniwo może być ultra-cienkie, elastyczne i regulowane z zewnątrz, co jest nowością w porównaniu do klasycznych paneli fotowoltaicznych.
Technologia BPVE jest na wczesnym etapie rozwoju, a osiągnięte wydajności nie zostały jeszcze szczegółowo opublikowane. Jednak już teraz eksperci podkreślają, iż możliwość zewnętrznego sterowania prądem i brak konieczności stosowania tradycyjnych złącz otwiera drogę do nowych zastosowań – od czujników środowiskowych po elektronikę ubieralną.
Pełny artykuł naukowy ukazał się w prestiżowym czasopiśmie Nature Communications, co podkreśla rangę odkrycia. Uniwersytet w Kioto nie podał jeszcze harmonogramu komercjalizacji, ale badania otwierają drogę do paneli słonecznych o nowych adekwatnościach – cieńszych, bardziej elastycznych i z możliwością zewnętrznego sterowania.
