Uue fotogalvaanilise kontseptsiooni avastamine, mis kasutab materjalide võimet eksisteerida erinevates kristallifaasides

Dresdeni Tehnikaülikooli integreeritud füüsika ja fotooniliste materjalide keskuse ja Dresdeni täiustatud elektroonika keskuse teadlaste meeskond on demonstreerinud uut päikesepatarei kontseptsiooni, mis kasutab materjalide võimet eksisteerida erinevates kristallifaasides. Seotud uuring on nüüd avaldatud ajakirjas Nature Energy.

Fotogalvaanilise elemendi eesmärk on muuta päikesevalgus elektriks. Päikesevalguse neelamisel tekivad laengukandjate paarid, mis tuleb seejärel elektrivoolu tekitamiseks suunata fotogalvaanilise dioodi vastaskülgedele. Selle protsessi hõlbustamiseks sisaldab enamik päikesepatarei heteroristmikku, mis tagab laengu eraldamise juhtimiseks soodsa energiamaastiku.

Näiteks ränist päikesepatareid moodustavad heteroühendused, lisades elektriliselt seadme mõlemat külge, mille tulemuseks on pn-siirde. Orgaanilised päikesepatareid seevastu sõltuvad erinevat tüüpi materjalide (doonor ja aktseptor) segamisest, et moodustada lahtised heteroühendused. Kuid need kontseptsioonid ei ole tavaliselt rakendatavad uute fotogalvaaniliste materjalide klasside puhul.

Projekti uurimisrühm on nüüd demonstreerinud uut kontseptsiooni fotogalvaaniliste heteroühenduste moodustamiseks. Selleks on teadlased kasutanud ära asjaolu, et materjalid võivad sageli eksisteerida erinevates struktuurivormides, mida nimetatakse kristallilisteks faasideks.

See nähtus, mida nimetatakse polümorfismiks, tähendab, et samal materjalil võivad olla erinevad omadused sõltuvalt aatomite ja molekulide konkreetsest paigutusest selle struktuuris. Ühendades sama materjali kaks kristalset faasi, on teadlased esimest korda demonstreerinud heteroühendusega päikesepatarei teket. Täpsemalt valisid teadlased oma uue kontseptsiooni jaoks tseesiumjodiidi pliikalkogeniidi - tõhusa päikesepatarei absorbeeriva materjali beeta- ja gammafaasis.

Teadlased selgitasid: "Tseesium-pliijodiidi optilised ja elektroonilised omadused faasides ja faasides erinevad üksteisest ning asetades kalkogeniidi kalkogeniidi peale, suutsime luua faasi-heteroühendusega päikesepatarei, mis on oluliselt tõhusam kui päikesepatarei. rakud, mis põhinevad ühefaasilisel kalkogeniidil." Oma uuringus näitasid teadlased, et faasi pealmine kiht mõjutab päikesepatarei jõudlust mitmel viisil.

Täiustatud spektroskoopiline analüüs näitas, et paranenud jõudlus oli seotud suurenenud valguse neeldumisega ja soodsa energia joondamisega kahe faasi vahel, ütlesid teadlased.

Oluline on see, et teadlased kinnitasid, et faasi heteroühendus püsis päikesepatareide töötamise ajal stabiilsena ja isegi pärssis ioonide migratsiooni päikesepatarei neelduris, lahendades ühise probleemi kalkogeniidmaterjalidega.

Faasi heteroühenduse kontseptsiooni realiseerimiseks kasutasid teadlased ülemise ja alumise kihi jaoks kahte erinevat tootmisprotsessi. Teadlased väidavad, et nad loodavad, et see uudne kontseptsioon koos faaside heteroliidese lihtsa valmistamisviisiga on rakendatav ka paljude erinevate elektrooniliste ja optoelektrooniliste seadmete materjalisüsteemide jaoks.

Kuna paljudel pooljuhtide klassidel on polümorfism, võib see kontseptsioon sillutada teed täiesti uutele rakendustele, mis põhinevad faasi heteroühendustel, mida saab valmistada ühest materjalist, kasutades lihtsat ja odavat tootmisprotsessi.