Поверхностные плазмоны повысят КПД солнечных батарей
Группа американских физиков объяснила резкое увеличение преобразования света в электрон-дырочные пары на границе металл-диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью. Этот феномен потенциально может быть использован для увеличения эффективности солнечных батарей. Результаты работы опубликованы в Physical Review Letters.
Команда исследовала поглощение света на границе серебряной подложки и диэлектрика (в качестве которого выступали оксиды алюминия, гафния, титана и кремния). Исследователи обнаружили, что изменяя толщину или состав слоя диэлектрического материала можно контролировать образование электрон-дырочных пар из фотонов.
Ученые объясняют увеличение генерации квантовым эффектом: фотоны различных длин волн выбивают из металлической поверхности электроны, образуя поверхностные плазмоны. Поверхностные плазмоны представляют собой согласованные делокализованные электронные колебания. Распад образующихся поверхностных плазмонов происходит с образованием пары электрона и дырки, таким образом повышая эффективность поглощения света.
Ранее исследователи связывали образование пар с дефектами материала, однако, по словам Николаса Фэнга, профессора из Массачусетского технологического института, который является одним из авторов данной публикации, подобный подход недостаточен для объяснения широкополосного поглощения тонким слоем материала.
По словам авторов, это добавление диэлектрического слоя невероятно эффективно, поэтому открытие может увеличить КПД солнечных батарей. Применение новой технологии в производстве солнечных батарей и сверхбыстрых фотодетекторов не ограничено с точки зрения доступности материалов, поскольку используемые оксиды уже широко применяются в производстве транзисторов.