Кейсы

Ученые добились безотходной конверсии фотонов в электроны

Далее

Команда ученых Вашингтонского университета разработала метод, повышающий эффективность конверсии света в электричество. Он позволяет на квантовом уровне возбудить с помощью фотона до пяти электронов без потери энергии. Работа физиков опубликована в журнале Science Advances.

При традиционном способе получения электричества из солнечного света один фотон может возбудить максимум один электрон и преобразовать в электричество лишь небольшую порцию света. Остальная часть энергии теряется в виде тепла.

Исследователи давно искали материал, который позволял бы им повысить эффективность конверсии. Один из способов — заставить фотон передавать энергию множеству электронов, говорит Санфред Ву, ведущий автор работы. В качестве такого материала они использовали графен.

Графен — это тигр с огромным потенциалом для оптоэлектроники, но он заперт в клетке. Сингулярности — это ключ, выпускающий тигра на свободу, говорит Ву.

«Графен — это субстанция со многими удивительными свойствами, — говорит он. — Для наших целей он оказался весьма продуктивным». Ученые взяли слой графена — всего одну пленку толщиной в атом углерода — и поместили его между двумя слоями нитрида бора, у которого очень схожая структура, но другие химические свойства. Внутри него электроны проходят с трудом. Фактически, это изолятор.

Помещенный между слоями нитрида бора графен обнаруживает свойства «сверхструктуры», которая позволяет создавать эффективную оптоэлектронику. Эти свойства возникают согласно законам квантовой механики. Ву и другим удалось обнаружить уникальные квантовые зоны внутри сверхструктуры, известной как особенность Ван Хова.

Первую графеновую электронную бумагу изготовили в Китае

Ву и его коллега Сюй обнаружили, что особенности Ван Хова — это зоны, где один заряженный фотон может передавать свою энергию множеству электронов, при этом энергия не теряется в виде тепла. Один фотон, по их оценкам, заряжает до пяти электронов.

Это открытие позволит ученым создать более производительное устройство поглощения солнечного света. Дальнейшие исследования должны быть направлены на то, чтобы понять, как организовать возбужденные электроны в электрическое напряжение для оптимизации эффективности.

Загрузка...