Vědci z Oxfordské univerzity identifikovali polovodičový materiál, který by mohl pomoci překonat jednu z hlavních překážek při vývoji účinnějších solárních článků. Sulfid bismutitý dokáže silně pohlcovat světlo a zároveň omezovat ztráty elektrického náboje. Objev publikovaný v prestižním časopise Nature by mohl otevřít cestu k nové generaci fotovoltaických technologií.
Výzkumný tým Oxfordské univerzity představil 28. října výsledky studie zaměřené na vlastnosti sulfidu bismutitého. Materiál podle vědců vykazuje neobvyklou kombinaci vlastností, které se u běžných polovodičů obtížně spojují. Dokáže účinně zachycovat sluneční záření a současně udržovat elektrické náboje dostatečně dlouho, aby mohly být využity k výrobě elektřiny.
Na výzkumu spolupracovali odborníci z Oxfordské univerzity a čínské Wuhan University. Pomocí krátkých laserových pulzů zkoumali tenké vrstvy materiálu a sledovali, jak rychle v nich vzniklé elektrické náboje zanikají. Výsledky ukázaly mechanismus, který by v budoucnu mohl pomoci navrhovat účinnější solární články.
Nový materiál překonává dlouhodobý problém
Jednou z hlavních překážek při vývoji solárních článků je takzvaná rekombinace nábojů. Když polovodič pohltí světlo, vznikají v něm elektrony a kladně nabité díry. Pokud se však příliš rychle spojí, energie se ztratí dříve, než ji zařízení dokáže přeměnit na elektrický proud. Materiály, které velmi dobře absorbují světlo, často trpí právě rychlou rekombinací. Výzkumníci ale zjistili, že sulfid bismutitý dokáže tento problém částečně obejít díky neobvyklému uspořádání elektronových energetických hladin.
Materiál totiž umožňuje silné pohlcování světla, zatímco vzniklé náboje mohou přecházet do energetických stavů, v nichž se ztrácejí pomaleji. Podle výsledků výzkumu se tak rychlost rekombinace při pokojové teplotě snižuje přibližně o 75 procent ve srovnání s běžnými polovodiči s podobně silnou absorpcí světla. Jde o významný výsledek, protože právě omezení těchto ztrát patří mezi klíčové podmínky pro zvyšování účinnosti fotovoltaických článků. Uvedených 75 procent ovšem neznamená, že by samotné solární panely byly o tolik účinnější.
Objev může změnit vývoj solárních technologií
Výzkumníci upozorňují, že výsledky přinášejí nový pohled na návrh polovodičových materiálů. Dosavadní vývoj se často soustředil na hledání kompromisu mezi schopností pohlcovat světlo a životností vznikajících nábojů. Nový mechanismus naznačuje, že tyto dvě vlastnosti nemusí být vždy ve vzájemném rozporu. Sulfid bismutitý navíc neobsahuje vzácné prvky, které by samy o sobě představovaly zásadní překážku pro jeho případné využití. O skutečných výrobních nákladech a vhodnosti pro průmyslovou výrobu však bude možné rozhodnout až na základě dalšího výzkumu.
Vědci nyní budou muset ověřit, zda lze zjištěné vlastnosti využít také v kompletních solárních článcích. Laboratorní výsledky totiž zatím popisují chování samotného materiálu, nikoliv účinnost hotového fotovoltaického zařízení. Objev tak představuje především nový směr pro vývoj solárních technologií. Pokud se podaří vlastnosti sulfidu bismutitého přenést do funkčních zařízení, mohl by přispět k výrobě účinnějších solárních článků a lepšímu využití sluneční energie.
