Немецкие учёные из Университета имени Мартина Лютера в Галле-Виттенберге разработали инновационный метод повышения эффективности преобразования света в электричество. Их подход заключается в укладке сверхтонких слоёв различных кристаллов в определённой последовательности, что позволяет значительно превзойти традиционные фотоэлектрические материалы по производительности.
Как это работает
В центре исследования находится барий-титанат (BaTiO₃) — материал, способный преобразовывать свет в электрический ток, но обладающий низкой эффективностью в своей чистой форме. Учёные выяснили, что, если заключить тонкие слои барий-титаната между двумя другими кристаллическими материалами — стронций-титанатом и кальций-титанатом — можно многократно усилить выработку электричества.
Такой многослойный "сэндвич" из кристаллов демонстрирует поразительные результаты: производительность выросла в 1000 раз по сравнению с тем же объёмом чистого барий-титаната. К тому же, для этого используется на треть меньше активного материала. Ключевым фактором успеха оказалось чередование ферроэлектрических и параэлектрических слоёв, которое усиливает способность структуры к генерации свободных электрических зарядов при воздействии света.
Создание таких структур требует высокой точности. Учёные использовали мощный лазер, чтобы испарить кристаллы и повторно осадить их слоями толщиной около 200 нанометров. Всего в одном образце было уложено 500 таких слоёв.
Зачем это нужно
Эта технология открывает путь к созданию более эффективных и компактных солнечных панелей. Благодаря увеличенной производительности и сниженной потребности в материале, такие элементы можно использовать в условиях ограниченного пространства — например, в городах или на мобильных устройствах.
Кроме того, новые структуры отличаются высокой стабильностью: их эффективность не снижалась даже спустя полгода испытаний. Материалы также проще в производстве и не требуют особой защиты, что дополнительно снижает затраты.
Хотя исследование требует дальнейшего изучения, особенно в части фундаментальных механизмов взаимодействия слоёв, уже сейчас ясно, что этот подход способен существенно изменить подход к получению энергии от света.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
