Вчені зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха змогли пояснити механізми втрати енергії в сонячних батареях, в яких застосовуються нанокристали. Виявилося, що в нанорозмірних провідниках атоми в кристалі починають коливатися таким чином, що можуть взаємодіяти з електронами і приймати від них енергію. Результати дослідження опубліковані в журналі.
У своїх дослідженнях вчені використовували нанокристали сульфіду свинцю, які широко застосовуються у світлодіодах, фотодетекторах і фотоелементах. Властивості нанокристалів, розмір структурних одиниць яких досягав 1,33-8,2 нанометрів, порівнювалися з мікрокристалами. За допомогою методу неупругого розсіювання нейтронів дослідники вимірювали частоту, амплітуду і енергію атомних коливань, які поширюються в нанокристалі у вигляді квазічастинок - фононів.
Вимірювання показали, що зміщення атомів при коливальних рухах в нанокристалах було вдвічі більшим, ніж для мікрокристалів, при цьому частота коливань знижувалася. На основі результатів експерименту вчені створили комп'ютерну модель, яка показала, як електрони можуть взаємодіяти з низькочастотними фононами. Виявилося, що квантові стани електрону можуть перекриватися з коливаннями в нанокристалі. Іншими словами, електрон здатний передавати енергію атомам, які, своєю чергою, передають її вздовж кристала.
Цим пояснюється, чому при розміщенні на поверхні нанокристалу захисної плівки поліпшується, наприклад, продуктивність сонячних батарей. Жорстка оболонка перешкоджає низькочастотним коливанням атомів і їх взаємодії з електронами.
Раніше компанія First Solar, промисловий виробник тонкоплівкових сонячних батарей на телуріді кадмію, домоглася рекордної ефективності перетворення світла на електрику на рівні 22,1 відсотка. Компанія, однак, не розкрила подробиць процесу виготовлення батарей.