USA töötab välja uut kvant-fotogalvaanilist elementi, mille keskmine fotogalvaaniline neeldumismäär on 80 protsenti

Välismeedia andmetel väitsid Ameerika Ühendriikide Lehighi ülikooli (Lehigh University) teadlased hiljuti avaldatud uurimisaruandes, et nad töötasid välja uue õhukese kilega fotogalvaanilisi elemente absorbeeriva materjali, mille väidetavalt on selle materjali keskmine fotogalvaaniline neeldumismäär 80%. väline kvanttõhusus (EQE) 190%.

Väline kvanttõhusus (EQE) on PV-elemendi poolt kogutud elektronide arvu ja langevate footonite arvu suhe. See määratleb PV-elemendi võime muuta footonid elektrivooluks. Chinedu Ekuma, üks uuringu juhtivaid autoreid, ütles oma avalduses: "Tavapärastes fotogalvaanilistes elementides on kõrgeim väline kvantefektiivsus (EQE on 100 protsenti, mis tähistab ühe elektroni tootmist ja kogumist iga päikesevalgusest neeldunud footoni kohta). ."

Ajakirjas Science Advances avaldatud artiklis pealkirjaga "Aatompaksude CuxGeSe / SnS kvantmaterjalide keemiliselt häälestatud vaheriba olekud fotogalvaaniliste rakenduste jaoks" selgitavad teadlased, et uus kvantmaterjal võib olla ideaalne vaste vaheriba fotogalvaanilistele elementidele (IBSC). .

Sellised fotogalvaanilised elemendid võivad ületada Shockley-Quayseri piiri (SQ piir) – maksimaalse teoreetilise efektiivsuse, mida ühe pn-siirdega fotogalvaaniline element võib saavutada. See arvutatakse, uurides igast langevast footonist eraldatud elektrienergia kogust.

Teadlased selgitavad: "Selle materjali kiire efektiivsuse kasv on suuresti tingitud selle ainulaadsetest "vaheriba olekutest", spetsiifilistest energiatasemetest, mis asuvad materjali elektroonilises struktuuris, mis muudab need ideaalseks fotogalvaaniliseks muundamiseks. Nende olekute energiatase on vahemikus optimaalne alamriba vahe - energiavahemik, milles materjal suudab tõhusalt neelata päikesevalgust ja genereerida laengukandjaid."

Uus materjal on kahemõõtmeline van der Waalsi (vdW) materjal, mis tähendab, et sellel on kristalne tasapinnaline struktuur, mida hoiavad koos ioonsidemed. See koosneb germaaniumi (Ge), seleeni (Se) ja tinasulfiidi (Sns) heterostruktuurist, mille materjalikihtidesse on sisestatud nullvalentsed vase (Cu) aatomid.

CuxGeSe/SnS kvantmaterjalil on vahepealne energiariba vahe vahemikus 0,78 eV kuni 1,26 eV. Seda ära kasutades kavandasid ja modelleerisid teadlased õhukese kilega fotogalvaanilise elemendi simuleerimiseks, kasutades materjali aktiivse kihina.

Selles modelleerimises kasutab PV element indium-tinaoksiidi (ITO) substraati, tsinkoksiidi (ZnO) põhinevat elektronide transpordikihti (ETL), CuxGeSe / SnS neeldumiskihti ja kulla (Au) kontakte. Uurija märkis: "Meie disainis on GeSe ja SnS aatomitaseme paksused virnastatud vertikaalselt, aidates kaasa hübriidstruktuuri hõlpsale integreerimisele van der Waalsi interaktsioonide kaudu."

Modelleerimise tulemused näitavad, et selle PV-elemendi väline kvanttõhusus (EQE) on 110% ~ 190%. Samuti leidsid teadlased, et fotogalvaanilise elemendi optiline aktiivsus suurenes lainepikkuste vahemikus 600 nm kuni 1200 nm, mõõtes neelduri paksust.

Oma artiklis jõudsid teadlased järeldusele: "Selle materjali kiire reageerimine ja suurenenud tõhusus viitab tugevalt vasest sisestatud GeSe / SnS-i potentsiaalile täiustatud fotogalvaaniliste rakenduste kvantmaterjalina, pakkudes uut võimalust fotogalvaanilise muundamise tõhususe parandamiseks. "

Tulevikku vaadates väidavad teadlased, et nad peavad läbi viima uusi uuringuid, et teha kindlaks praktiline viis selle uue materjali manustamiseks PV-rakkudesse. Siiski juhivad nad tähelepanu ka sellele, et nende materjalide valmistamiseks kasutatud eksperimentaalsed tehnikad on juba väga arenenud.