Naujos fotovoltinės koncepcijos atradimas, išnaudojantis medžiagų gebėjimą egzistuoti skirtingose ​​kristalinėse fazėse

Tyrėjų komanda iš Drezdeno technologijos universiteto Integruotosios fizikos ir fotoninių medžiagų centro ir Drezdeno pažangiosios elektronikos centro pademonstravo naują saulės elementų koncepciją, kuri išnaudoja medžiagų gebėjimą egzistuoti skirtingose ​​kristalinėse fazėse. Susiję tyrimai dabar buvo paskelbti žurnale Nature Energy.

Fotovoltinės elemento paskirtis – saulės šviesą paversti elektros energija. Sugeriant saulės šviesą susidaro krūvininkų poros, kurios vėliau turi būti nukreiptos į priešingas fotovoltinio diodo puses, kad susidarytų elektros srovė. Siekiant palengvinti šį procesą, dauguma saulės elementų turi heterosankryžą, kuri suteikia palankią energijos aplinką, kad būtų galima atskirti krūvį.

Pavyzdžiui, silicio saulės elementai sudaro heterojungtis, elektra sumaišydami kiekvieną prietaiso pusę, todėl susidaro pn jungtis. Kita vertus, organinės saulės baterijos priklauso nuo skirtingų medžiagų (donorų ir akceptorių) maišymo, kad susidarytų masinės heterojungtys. Tačiau šios sąvokos paprastai netaikomos atsirandančioms naujų fotovoltinių medžiagų klasėms.

Projekto tyrimo grupė dabar pademonstravo naują fotovoltinių heterojungčių formavimo koncepciją. Siekdami tai padaryti, mokslininkai pasinaudojo tuo, kad medžiagos dažnai gali egzistuoti skirtingomis struktūrinėmis formomis, vadinamomis kristalinėmis fazėmis.

Šis reiškinys, žinomas kaip polimorfizmas, reiškia, kad ta pati medžiaga gali turėti skirtingas savybes, priklausomai nuo specifinio atomų ir molekulių išdėstymo jos struktūroje. Sujungę dvi tos pačios medžiagos kristalines fazes, mokslininkai pirmą kartą pademonstravo heterojunkcinio saulės elemento susidarymą. Tiksliau, tyrėjai savo naujai koncepcijai pasirinko cezio jodido švino chalkogenidą – veiksmingą saulės elementų sugeriančią medžiagą beta ir gama fazėse.

Tyrėjai paaiškino: „Cezio švino jodido optinės ir elektroninės savybės fazėse ir fazėse skiriasi viena nuo kitos, o uždėję chalkogenidą ant chalkogenido, mes sugebėjome sukurti fazės heterosandūrinį saulės elementą, kuris yra žymiai efektyvesnis nei saulės. ląstelės, pagrįstos vienfaziu chalkogenidu. Savo tyrime mokslininkai parodė, kad viršutinis fazės sluoksnis įvairiais būdais veikia saulės elemento veikimą.

Išplėstinė spektroskopinė analizė parodė, kad pagerėjęs veikimas buvo susijęs su padidėjusia šviesos absorbcija ir palankaus energijos suderinimo tarp dviejų fazių susidarymu, sakė mokslininkai.

Svarbu tai, kad mokslininkai patvirtino, kad fazės heterosankcija išliko stabili saulės elementų veikimo metu ir netgi slopino jonų migraciją saulės elementų absorberyje, išspręsdama bendrą problemą, susijusią su chalkogenidinėmis medžiagomis.

Norėdami realizuoti fazės heterojunkcijos koncepciją, tyrėjai panaudojo du skirtingus viršutinio ir apatinio sluoksnių gamybos procesus. Tyrėjai sako, kad jie tikisi, kad ši nauja koncepcija kartu su paprastu fazių heterojungčių gamybos būdu taip pat bus taikoma įvairioms medžiagų sistemoms įvairiuose elektroniniuose ir optoelektroniniuose įrenginiuose.

Kadangi daugelis puslaidininkių klasių pasižymi polimorfizmu, ši koncepcija galėtų atverti kelią visiškai naujiems pritaikymams, pagrįstiems fazių heterosandūromis, kurios gali būti pagamintos iš vienos medžiagos naudojant paprastą ir nebrangų gamybos procesą.