Materiaalimuokkaus tehostaa aurinkokennoja

Useimmat kaupalliset aurinkokennot muodostuvat kahdesta puolijohdekerroksesta ja niiden välisestä liitosrajapinnasta. Kuitenkin valosähköä voi kerätä myös tasa-aineisilla materiaaleilla.

Tällainen valosähköinen vaikutus esiintyy tietyillä puolijohteilla ja eristeillä, joissa niiden täydellisen symmetrian puuttuminen mahdollistaa jännitteen muodostumisen.

Valitettavasti näillä materiaaleilla on hyvin alhainen sähköntuoton tehokkuus ja eikä niitä juurikaan käytetä käytännön sähköntuotannossa.

Brittiläisen Warwickin yliopiston fyysikot kokeilivat voisiko olla mahdollista manipuloida kaupallisten aurinkokennojen puolijohteita tavalla, jotta ne voitaisiin pakottaa ei-symmetriseen rakenteeseen ja mahdollisesti myös hyötymään tasa-aineisesta aurinkosähkötehosta.

Kokeet tehtiin atomivoimamikroskopialaitteiden kärjillä strontiumtitaani (SrTiO3), titaanidioksidin (TiO2) ja piin (Si) yksittäisiä kiteitä puristaen. Muokkaus antoi niille kaikille tavoitellun rakenteen ja ne pystyivät tuottamaan tasa-aineisen aurinkosähkövaikutuksen.

Tällainen materiaalivalikoiman laajentaminen mahdollistaisi rajapintaliitoksesta luopumisen ja aurinkokennoihin voitaisiin valita mikä tahansa puolijohde, jolla on parempi valon absorptio. Lisäksi voitaisiin päästä eroon tehon muuntamistehokkuuden Shockley-Queisser rajasta.

Myös University of Connecticutin materiaalitekniikan instituutin tutkijat paransivat huomattavasti atomisesti ohuen puolijohdemateriaalin suorituskykyä venyttämällä sitä.

Tutkijat raportoivat, että kuuden atomin paksuinen volframi-diseleeni kaksoiskerros osoitti satakertaista fotoluminenssia kun se oli venytyksen alaisena. Löytö voisi olla hyödyllinen suunniteltaessa seuraavan sukupolven joustavaa elektroniikkaa, nano-laitteita ja optisia antureita.

Valo tekee joitain materiaaleja johtavaksi aiempia epätavallisemmilla tavoilla. Tavallisissa piiaurinkokennoissa elektronit virtaavat, kun aurinko paistaa. Max Planck -instituutin tutkijat ovat kuitenkin keksineet yllätyksen: erikoisperovskiitti (MAPI), joka paitsi valaisee vapautuneita elektroneja mutta myös sähköisesti varautuneita atomeja eli ioneja.

Lisäksi tämä uusi valokennovaikutus on erittäin suuri. Ionien johtavuus kasvoi kertoimella sata. Näistä materiaaleista valmistetuista aurinkokennoissa suuri valon aiheuttama ionien johtavuus on melko haitallista; mutta nyt seurauksia voidaan paremmin torjua.

Kemistille kuitenkin ilmiö sellaisenaan on kaikkein mielenkiintoisin koska se luo perustavanlaatuisen mahdollisuuden vapauttaa liikkuvia ioneja valon avulla, nimittäin niitä varauskantajia, jotka kuljettavat sähköä sähkökemiallisissa sovelluksissa, kuten akuissa, polttokennoissa tai sähkökemiallisissa antureissa ja kytkimissä.