Практически все солнечные электростанции как промышленные, так и домашние работают с накопителями энергии от аккумуляторов, но вскоре от батарей можно будет отказаться. Китайские исследователи изобрели устройство, — фотомодули и аккумулятор в одном, способное «улавливать» солнечный свет, преобразовывать его в электричество и накапливать в одной структуре.
Фотоэлектрические устройства, превращающие световую энергию в электричество, играют ведущую роль в технологиях альтернативной энергетики. Однако из-за нестабильности солнечного света в течение дня их часто нужно подключить к аккумуляторам, чтобы накопить сгенерированную энергию. В новой разработке, о которой сообщает Американское физическое общество, исследователи создали устройство, способное одновременно преобразовывать солнечный свет в электричество и накапливать полученную энергию. Электроны, «выбитые» квантами света, могут удерживаться (аккумулироваться) устройством не менее недели, после чего они начинают «утекать» в окружающую среду.
Разработка основана на диселениде вольфрама — полупроводниковом материале — и оксиде титана стронция (STO) — прозрачном проводнике. На поверхности STO физики создали двумерный «электронный газ» (состояние, в котором электроны движутся свободно и независимо), обработав поверхность материала специальными методами. Этот инновационный подход и позволяет устройству приобретать новые свойства.
Новое устройство состоит из тонкой пленки слоистого материала (диселенид вольфрама, зеленый), нанесенного на оксид титана стронция (STO, серый).
Область раздела между двумя материалами образует так называемый p — nпереход, общую структуру в солнечных элементах. Обычно фотоны генерируют пары электрон-дырка, которые могут быть разделены напряжением, хотя некоторые неизбежно рекомбинируют. Цзян и его коллеги надеялись, что в их структуре рекомбинация может происходить медленнее, чем в других фотоэлектрических устройствах. Но к их удивлению, они обнаружили, что фотоиндуцированные носители заряда могут храниться очень долго. Фотовозбужденный заряд сохранялся без заметного ухудшения качества, как в аккумуляторе, который можно заряжать и разряжать по желанию. Они назвали это новое явление заряженной фотопроводимостью.
Такое устройство, фотомодули и аккумулятор в одном, также способно функционировать в качестве оптической памяти. Информация может быть введена в него с помощью светового импульса и храниться до тех пор, пока ее не нужно будет считать в виде импульса электрического тока.
Николай Китаев
