Дефекты-ловушки: почему солнечный материал не отдаёт ток экспресс
Солнечный свет падает на кристалл, и внутри рождается пара — быстрый электрон и дырка. В идеале они тут же разбегаются к контактам и дают ток. Но в материале, который изучали авторы, всё идёт иначе. Стоит заряду наткнуться на пустоту — отсутствующий атом в решётке, — как вокруг него сжимается облако колебаний. Заряд прилипает к этому месту, будто башмак к разогретому асфальту, и дальше не движется.
Дело не в самом материале — чистый кристалл пропускает заряды свободно. Ловушки появляются, когда при синтезе или обработке часть атомов теряется. Тогда возле каждой дырки в решётке возникает локальный нагрев — учёные называют это дефект-связанным горячим поляроном. Заряд тратит свою прыть на раскачку атомов вокруг пустоты и быстро теряет энергию, так и не добравшись до края кристалла. Выходит, что ток истощается ещё в толще материала, и батарея работает вполсилы.
Теперь, зная врага в лицо, можно учиться обезвреживать эти пустоты — например, аккуратнее растить кристаллы или заполнять дырки подходящими добавками. Тогда безопасный и дешёвый материал наконец догонит по эффективности свинцовые аналоги, и солнечные панели станут доступнее.
Один дефект на миллион атомов способен испортить проводимость кристалла так же сильно, как трещина на лобовом стекле — обзор.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан планеты ловит и перерабатывает энергию — примерно так же дефекты в кристалле захватывают и рассеивают солнечные заряды.