Ефикасното превръщане на слънчевата енергия в електричество може да се окаже много лесно чрез фино „настройване“ на оптичните и електронните свойства на метални окиси на атомно ниво чрез създаване на изкуствени кристални решетки или супер-“сандвичи“ според изследовател от Binghamton University, публикувано в Physical Review B.
„Металните окиси са евтини, широко разпространени и „зелени“ – казва Louis Piper, професор по физика в Binghamton University. – „И както изследванията показват, изключително разнообразни. С правилен дизайн металните оксиди могат да бъдат използвани в изключително разнообразни технологични апликации, което е особено полезно при генерирането на енергия и плоските екрани.“
Ето как става това: полупроводниците се определят според размера на своя „band gap“, т.е. енергията необходима за възбуждането на един електрон, който прескача от запълнена обвивка в незапълнена, при което протича електричество. Видимата светлина покрива от 1 (инфрачервена) до 3 (ултравиолет) електрон волта.
Така например за прозрачните проводници е необходим голям band gap, докато за „изкуствена фотосинтеза“ е необходим band gap, съответстващ на зелената светлина. Чрез използване на различни метални оксиди се постига „скрояване“ на необходимия band gap.
Но докато металните оксиди са много добри при провеждането на електрони, те са много лоши проводници на „дупки“, при което се пренася положителен заряд. За подобряване на технологичния потенциал, специално за изкуствена фотосинтеза и прозрачна електроника, са необходими метални оксиди, които са добри проводници и на дупки.
Piper е изучавал многослойни системи от метални оксиди, които се комбинират така че малък брой атоми от даден вид да бъдат заместени в материала с друг или пък се създават с контролиран предварително band gap. Последните изследвания показват, че супер-решетка от два медни окиса, които са добри проводници на дупки, могат да покрият почти целия соларен спектър. Целта е да се подобри ефективността, при използване на екологично безвредни и евтини материали.
Например индиевият оксид е широко използван при производството на плоски екрани и соларни клетки, защото е прозрачен и провежда много добре електрони. В същото време той е рядък и много скъп. Настоящето изследване на Piper е посветено на заместването му със слоеве от калаен оксид.
Но според Piper изследванията показват и нещо друго – че няма „една ръкавица за всички случаи“. „Необходима е истинска детективска работа. Работим на границата на физиката и химията и достигнахме теорегичните граници на фундаменталните изчисления. Сега трябва да проверим тези изчисления и да намерим липсващите части, като си играем с различни метални оксиди.“
По материали от: spacemart