Oxford descoperă un material solar care reduce cu 75% rata pierderii sarcinilor electrice — NRG-IA

Cercetătorii de la Universitatea Oxford și Universitatea Wuhan au identificat un material semiconductor care poate reduce cu aproximativ 75% rata unui proces fundamental prin care energia captată din lumina solară se pierde înainte să fie transformată în electricitate. Descoperirea, publicată pe 28 octombrie 2026 în prestigioasa revistă științifică Nature, ar putea deschide o nouă direcție de dezvoltare pentru materialele utilizate în viitoarele generații de celule fotovoltaice. Materialul studiat este sulfura de bismut, cu formula chimică Bi₂S₃. Particularitatea sa constă în capacitatea de a absorbi foarte puternic lumina, păstrând în același timp mai mult timp sarcinile electrice generate. Cercetătorii au demonstrat că această combinație este posibilă datorită unei structuri electronice neobișnuite, care încetinește recombinarea electronilor cu golurile pozitive lăsate în urma lor, unul dintre mecanismele principale prin care se pierde energia în interiorul semiconductorilor. Rezultatul are o semnificație științifică mai amplă decât îmbunătățirea unui material existent. Studiul oferă o cale de depășire a unui compromis fizic care limitează de mult timp proiectarea materialelor pentru captarea energiei solare: semiconductorii care absorb lumina foarte eficient tind, în general, să piardă rapid sarcinile electrice produse. Echipa de cercetare arată că aceste două proprietăți pot fi separate printr-o arhitectură electronică diferită, deschizând posibilitatea identificării unei noi clase de materiale pentru conversia energiei solare. Problema fundamentală a panourilor solare: energia captată se poate pierde înainte de a produce electricitate O celulă fotovoltaică produce electricitate atunci când materialul său semiconductor absoarbe lumina solară și utilizează energia fotonilor pentru a genera purtători de sarcină electrică. Electronii sunt eliberați în stări energetice care le permit să participe la transportul curentului, lăsând în urmă regiuni cu comportament electric pozitiv, numite goluri. Pentru a obține energie utilizabilă, aceste sarcini trebuie separate și colectate înainte de a se recombina. Recombinarea apare atunci când un electron revine într-o stare asociată unui gol, iar energia care ar fi putut contribui la producerea curentului electric este eliberată prin alte procese, inclusiv sub formă de lumină sau căldură. Cu cât recombinarea are loc mai repede, cu atât devine mai dificilă colectarea sarcinilor electrice generate de absorbția luminii. Reducerea acestor pierderi reprezintă una dintre preocupările fundamentale ale cercetării fotovoltaice. Problema este legată de însuși comportamentul semiconductorilor. Materialele care absorb foarte puternic lumina utilizează frecvent tranziții electronice directe, prin care energia fotonilor poate produce eficient electroni și goluri. Aceleași tranziții favorizează însă și procesul invers: recombinarea sarcinilor și emiterea energiei absorbite. Relația dintre absorbție și emisie este fundamentată pe principiile fizicii radiației formulate încă din secolul al XIX-lea. Siliciul, materialul dominant în industria fotovoltaică actuală, ilustrează un comportament diferit. Structura sa electronică indirectă permite păstrarea relativ îndelungată a sarcinilor, însă absorbția luminii este mai slabă decât în multe materiale cu tranziții directe. Acesta este unul dintre motivele pentru care celulele tradiționale din siliciu au nevoie de straturi absorbante relativ groase, în timp ce unele materiale alternative pot capta eficient lumina în pelicule mult mai subțiri. Sulfura de bismut combină absorbția puternică a luminii cu pierderi electrice mult mai lente Descoperirea cercetătorilor de la Oxford și Wuhan arată că sulfura de bismut poate reuni caracteristici care, în mod obișnuit, aparțin unor categorii diferite de semiconductori. Materialul absoarbe intens lumina, datorită unor tranziții electronice directe puternice, dar dispune și de stări energetice aflate foarte aproape de acestea în care sarcinile electrice se pot menține mai mult timp înainte de recombinare. Cercetătorii au identificat o diferență energetică de aproximativ 38–40 de milielectronvolți între două tipuri de tranziții electronice. Această diferență foarte mică este suficientă pentru a modifica modul în care electronii și golurile se distribuie între stările disponibile. O parte importantă a sarcinilor ajunge în stări de energie mai joasă, asociate unei tranziții indirecte, unde recombinarea are loc mai lent. Aceste stări funcționează asemenea unui rezervor temporar pentru sarcinile generate de lumină. Materialul continuă să capteze eficient energia fotonilor, dar electronii și golurile petrec mai mult timp în configurații care reduc probabilitatea recombinării rapide. Tocmai această combinație explică de ce sulfura de bismut poate păstra avantajul absorbției puternice fără să suporte integral pierderile caracteristice semiconductorilor direcți convenționali. Pe baza măsurătorilor și a modelului…