سلول‌های خورشیدی فعلی عمدتاً بر پایه سیلیکون هستند، اما کارایی آنها محدود است. به همین دلیل، محققان به بررسی مواد جدیدی مانند مواد فروالکتریک پرداختند که یکی از آنها باریوم تیتانات است.

این مواد دارای بارهای مثبت و منفی جداشده هستند که به ساختاری نامتقارن منجر می‌شود و از نور، برق تولید می‌کند.

برخلاف سیلیکون، بلورهای فروالکتریکی نیازی به اتصالات P-N  (P-N junction) برای ایجاد اثر ندارند و تولید پنل‌های خورشیدی را آسان‌تر می‌کنند.

تیم محققان MLU با ترکیب سه ماده بلوری مختلف به این پیشرفت دست یافتند. اما باریوم تیتانات خالص در جذب نور خورشید چندان مؤثر نیست و جریان نوری نسبتاً پایینی تولید می‌کند. تحقیقات جدید نشان داده است که ترکیب لایه‌های بسیار نازک از مواد مختلف می‌تواند به‌طور قابل توجهی بازده انرژی خورشیدی را افزایش دهد.

دکتر آکاش باتنگار (Akash Bhatnagar)، فیزیکدان از مرکز نوآوریSiLi-nano  در MLU، گفت: “ماده فروالکتریکی با ماده پارا الکتریک به‌طور متناوب ترکیب شده است. با اینکه ماده پارا الکتریک بارهای جداشده ندارد، اما تحت شرایطی خاص می‌تواند فروالکتریکی شود.”

 

گروه تحقیقاتی باتنگار کشف کردند که اگر لایه فروالکتریکی با دو لایه پارا الکتریک متفاوت ترکیب شود، اثر فتوولتایی به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. یسه یول یون (Yeseul Yun)، دانشجوی دکترا و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح داد که چگونه این ترکیب را ایجاد کردند: “ما باریوم تیتانات را بین استرانسیوم تیتانات و کلسیم تیتانات قرار دادیم.” وقتی این ماده جدید تحت تابش لیزر قرار گرفت، نتایج شگفت‌انگیزی به‌دست آمد: جریان تولیدی تا ۱۰۰۰ برابر قوی‌تر از باریوم تیتانات خالص با ضخامت مشابه بود.

باتنگار توضیح داد: “تعامل بین لایه‌ها منجر به افزایش قابل توجهی در نفوذپذیری می‌شود.”

این کشف پیامدهای مثبت و تاثیرگذاری برای صنعت انرژی خورشیدی دارد. پنل‌های خورشیدی ساخته شده با این ماده جدید به‌طور قابل توجهی کارآمدتر خواهند بود و هزینه تولید آنها کمتر از سلول‌های خورشیدی بر پایه سیلیکون خواهد بود. همچنین، این پنل‌ها فضای کمتری برای تولید همان مقدار برق نیاز دارند که آنها را برای استفاده در مناطق شهری ایده‌آل می‌سازد.

یافته‌های تیم تحقیقاتی MLU توجه بسیاری از مدیران صنعت را جلب کرده است. دکتر جنیفر روپ (Jennifer Rupp)، استاد دانشگاه ETH زوریخ (ETH Zurich)، درباره اهمیت این کشف گفت: “این یک کشف بسیار هیجان‌انگیز است که می‌تواند تأثیر زیادی بر توسعه سلول‌های خورشیدی کارآمدتر داشته باشد.” 

با توجه به اینکه انرژی خورشیدی یکی از سریع‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر در حال رشد است، تقاضا برای پنل‌های خورشیدی در سال‌های آینده به‌طور چشمگیری افزایش خواهد یافت. این کشف می‌تواند نقش کلیدی در این انتقال ایفا کند و به ما کمک کند تا به سمت یک آینده پایدارتر حرکت کنیم.