Ученые обнаружили новую и странную разновидность фотогальванического эффекта

Ученые из Уорикского университета (University of Warwick) сообщили об обнаружении ими совершенно нового вида фотогальванического эффекта, который получил название «flexo-photovoltaics». Для создания этого эффекта необходимо взять достаточно обычный кристалл кремния и поразить поверхность этого материала чем-нибудь необычайно твердым и острым. А дальнейшие исследования этой разновидности эффекта откроет путь к созданию нового метода преобразования энергии, который может лечь в основу высокоэффективных солнечных батарей, к примеру.

Современные солнечные батареи, как правило, изготавливаются из кремния, внутри которого устроено множество полупроводниковых p-n переходов, создающих в материале неравномерное электрическое поле. Каждый такой переход, представляющий собой границу областей, наполненных носителями отрицательного электрического заряда (электронами) и положительного заряда (электронными дырками), поглощает фотон света, образуется пара — электрон и дырка, что создает электрический потенциал. У таких солнечных батарей имеется один недостаток — их максимальная эффективность ограничена законами физики, она не может превышать 33.7 процента.

Но у нового фотогальванического эффекта нет подобных ограничений. Единственным ограничением в данном случае является то, что новый эффект возникает лишь в случае использования материалов, не обладающих так называемой центральной симметрией их структуры.

В своей работе исследователи использовали «грубую силу», они взяли и с достаточно большим усилием ткнули наконечником атомно-силового микроскопа в поверхность кристалла. Возникшее механическое напряжение было настолько большим, что оно нарушило центральную симметрию структуры кристалла, и на его поверхности начали проявляться новые фотогальванические эффекты. Такой подход сработал по отношению к кристаллам различного типа, титаната стронция, оксида титана и кремния. «У нового фотогальванического эффекта не имеется никаких термодинамических пределов из-за того, что он не основан на использовании полупроводникового p-n перехода» — пишут исследователи.

Пока еще рано говорить об значении эффективности, который будут иметь солнечные батареи на основе нового эффекта. Ориентировочный ответ на этот вопрос могут дать лишь дальнейшие эксперименты и исследования в данном направлении. Кроме этого, и со стороны практической реализации имеется масса вопросов.

«Мы видим нечто, вроде матрицы микроскопических шипов, нажимающих на поверхность элемента обычной солнечной батареи» — пишут исследователи, — «Это самый простой и понятный способ, но его вряд ли можно отнести к разряду дешевого и разумного решения. Другим вариантом является создание в структуре кремния дефектов, создающих необходимое механическое напряжение, но тогда возникнут вопросы, связанные с надежностью и долговечностью таких солнечных батарей».

И в заключение следует отметит, что ученые собираются продолжать работать в данном направлении, изучая особенности нового фотогальванического эффекта и изыскивая, параллельно с этим, способы, подходящие для его дальнейшего практического применения.