Ученые создали искусственный материал, который позволяет солнечным батареям получать максимум энергии из света, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Принцип действия солнечных батарей строится на том, что они поглощают свет, который возбуждает электроны и заставляет их течь в определенном направлении. Но, чтобы задать единое направление движения электронов, солнечные батареи приходится делать из двух материалов. Один поглощает свет, а второй проводит ток, перейдя границу между ними, электрон уже не может вернуться обратно, что задает направление его движения.

Такая конструкция солнечных батарей ограничивает их эффективность, поскольку при прохождении границы теряется некоторая часть энергии фотонов.

Но есть материалы, в которых поток света вызывает движение электронов в одном направлении.

«Этот феномен был известен с 1970-х годов, но мы не использовали его при разработке солнечных батарей, так как он был продемонстрирован только для ультрафиолетового излучения, в то время как большая часть солнечной энергии приходит в видимом и инфракрасном диапазонах», — пояснил Эндрю Раппе (Andrew Rappe) из Пенсильванского университета в Филадельфии (США).

Раппе и его коллегам удалось создать семейство искусственных материалов, обладающих такими свойствами в отношении всего спектра солнечного света, из ниобата калия и барий-никелевого ниобата. Кристалл, который они получили из этих металлов, обладал структурой, подобной строению минерала перовскита.

Большинство светопоглощающих материалов обладают симметричной кристаллической структурой, что и позволяет электронам свободно течь в разные стороны. Перовскит имеет кубическую кристаллическую решетку, образованную атомами одного металла. Внутри каждого куба находится восьмигранник, образованный атомами кислорода, внутри которого «сидит» атом другого металла. Взаимодействие между этими атомами заставляет электроны течь в едином направлении.