Aurinkosähkö ja magnetismi

Yksi tehokkaimmista uusiutuvan energian muodoista on aurinkosähkö.

Perinteisillä aurinkokennoilla on perustavanlaatuisia rajoituksia lähtöjännitteen ja muuntotehokkuuden suhteen. Ilmiö, jota kutsutaan bulkkiaurinkosähköilmiöksi ja joka on herättänyt paljon huomiota viime vuosina, voi mahdollistaa erittäin tehokkaan aurinkoenergian muuntamisen ilman tällaisia rajoituksia. Bulkkiaurinkosähköilmiön fysiikkaa ei kuitenkaan ole täysin ymmärretty.

Tämä ilmiö on peräisin kvantti-ilmiöistä ja siihen liittyy elektronien epäsymmetrinen fotoeksitaation käyttäytyminen, joka aiheuttaa tasaisen sähkövarausvirran, jota kutsutaan siirtovirraksi. Tämä ilmiö syntyy yleensä avaruusinversiosymmetriaa omaavassa järjestelmässä.

Toinen virta syntyy, kun aikakäännössymmetria tai fysikaalisten lakien symmetria rikkoutuu, kun ajan kulku käännetään.

Koska aikakäännössymmetria rikkoutuu magneettisissa materiaaleissa, magneettisissa järjestelmissä odotetaan syntyvän uusia aurinkosähköilmiöön liittyviä vaikutuksia, mutta monet näiden järjestelmien näkökohdat ovat edelleen selittämättömiä sekä teoreettisesti että kokeellisesti.

Tämä motivoi Kioton yliopiston tutkijaryhmän tarkkailemaan näitä uusia ilmiöitä, mikä vaati heitä voittamaan teknisiä vaikeuksia tilallisen ja aikakäännössymmetrian hallinnassa.

Tiimi loi uuden keinotekoisen heterostruktuurirakenteen, jossa on yksikerroksinen kaksiulotteinen puolijohde ja magneettinen kerrosmateriaali, joiden tarkoituksena on jäljitellä rikkoutunutta tilallista ja aikakäännössymmetriaa sen heterogeenisellä rajapinnalla.

Kokeilulaitteellaan tiimi mittasi virta-jännite-ominaiskäyrää valon alla muuttamalla lämpötilaa ja pyörimissuuntaa, mihin he käyttivät ulkoista magneettikenttää. Tulokset osoittivat, että tiimin laite osoittaa uudenlaista magneettisen injektiovirran bulkkifotovoltaista vaikutusta, mikä on erittäin lupaava materiaalialusta seuraavan sukupolven aurinkosähkölaitteille.

"Tutkimuksemme on osoittanut, että keinotekoisilla rakenteilla voidaan joustavasti ohjata spatiaalista ja ajallisesti kääntyvää symmetriaa, mikä mahdollistaa erilaisia ​​optisia vasteita ja virran muodostumista, joita ei ole aiemmin nähty", sanoo vastaava kirjoittaja Kazunari Matsuda.

Erityisesti tiimi osoitti, että magneettista injektiovirtaa voidaan ohjata ulkoisella magneettikentällä, minkä odotetaan johtavan uusiin sovelluksiin paitsi aurinkokennoissa myös teknologioissa, kuten optisissa antureissa, spintroniikassa ja energiankeruulaitteissa.

Lisäksi tämä tutkimus osoittaa, että siirtovirta ja magneettinen injektiovirta voivat esiintyä rinnakkain, mikä mahdollistaa aurinkosähköjärjestelmien kehittämisen, jotka ovat tehokkaampia ja monitoimisempia kuin koskaan ennen.

"Tutkimuksemme osoittaa, että magneettisissa järjestelmissä on suuri potentiaali seuraavan sukupolven aurinkokennojen kehittämiselle", Matsuda sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttimateriaali lupaa uutta puhtia aurinkokennoille

Yhdestä fotonista neljä varauksenkantajaa

Kolme kertaa piitä parempi