Aurinkosähkössä löydettiin uusi konsepti, joka hyödyntää materiaalien kykyä esiintyä eri kidefaaseissa

Dresdenin teknillisen yliopiston integroidun fysiikan ja fotonisten materiaalien keskuksen ja Dresdenin kehittyneen elektroniikan keskuksen tutkijoiden ryhmä on osoittanut uuden aurinkokennokonseptin, joka hyödyntää materiaalien kykyä esiintyä eri kidefaaseissa. Asiaan liittyvä tutkimus on nyt julkaistu Nature Energy -lehdessä.

Aurinkosähkökennon tarkoitus on muuttaa auringonvalo sähköksi. Absorboimalla auringonvaloa syntyy varauksenkuljettajien pareja, jotka on sitten suunnattava aurinkosähködiodin vastakkaisille puolille sähkövirran muodostamiseksi. Tämän prosessin helpottamiseksi useimmat aurinkokennot sisältävät heteroliitoksen, joka tarjoaa suotuisan energiamaiseman varauksen erottelun ohjaamiseksi.

Esimerkiksi piiaurinkokennot muodostavat heteroliitoksia dopingoimalla sähköisesti laitteen molemmat puolet, mikä johtaa pn-liitokseen. Orgaaniset aurinkokennot sen sijaan luottavat erityyppisten materiaalien (luovuttaja ja vastaanottaja) sekoittamiseen muodostaakseen bulkkiheteroliitoksia. Näitä käsitteitä ei kuitenkaan yleensä voida soveltaa uusiin aurinkosähkömateriaalien luokkiin.

Projektin tutkimusryhmä on nyt osoittanut uuden konseptin aurinkosähköisten heteroliitosten muodostukseen. Tätä varten tutkijat ovat hyödyntäneet sitä tosiasiaa, että materiaalit voivat usein esiintyä erilaisissa rakennemuodoissa, joita kutsutaan kidefaaseiksi.

Tämä ilmiö, joka tunnetaan nimellä polymorfismi, tarkoittaa, että samalla materiaalilla voi olla erilaisia ​​ominaisuuksia riippuen atomien ja molekyylien erityisestä järjestelystä sen rakenteessa. Yhdistämällä saman materiaalin kaksi kiteistä faasia tutkijat ovat osoittaneet ensimmäistä kertaa heteroliitoksen muodostuvan aurinkokennon. Erityisesti tutkijat valitsivat uuteen konseptiinsa cesiumjodidi-lyijykalkogenidin - tehokkaan aurinkokennojen absorboivan materiaalin beeta- ja gammafaasissa.

Tutkijat selittivät: "Cesiumlyijyjodidin optiset ja elektroniset ominaisuudet vaiheissa ja eroavat toisistaan, ja asettamalla kalkogenidin kalkogenidin päälle pystyimme luomaan vaihe-heteroliitos aurinkokennon, joka on huomattavasti tehokkaampi kuin aurinkokenno. solut, jotka perustuvat yksifaasiseen kalkogenidiin." Tutkimuksessaan tutkijat osoittivat, että vaiheen yläkerros vaikuttaa aurinkokennon suorituskykyyn monin tavoin.

Kehittynyt spektroskooppinen analyysi osoitti, että parantunut suorituskyky liittyi lisääntyneeseen valon absorptioon ja suotuisan energiakohdistuksen muodostumiseen näiden kahden vaiheen välillä, tutkijat sanoivat.

Tärkeää on, että tutkijat vahvistivat, että faasin heteroliitos pysyi vakaana aurinkokennojen toiminnan aikana ja jopa tukahdutti ionien kulkeutumista aurinkokennoabsorberissa, mikä ratkaisi kalkogenidimateriaaleihin liittyvän yleisen ongelman.

Toteuttaakseen faasiheteroliitoskonseptin tutkijat käyttivät kahta erilaista valmistusprosessia ylä- ja alakerroksille. Tutkijat sanovat toivovansa, että tämä uusi konsepti yhdistettynä yksinkertaiseen vaiheheteroliitosten valmistustapaan soveltuu myös monenlaisiin materiaalijärjestelmiin monissa elektronisissa ja optoelektronisissa laitteissa.

Koska monilla puolijohdeluokilla on polymorfiaa, tämä konsepti voisi tasoittaa tietä täysin uusille sovelluksille, jotka perustuvat vaiheheteroliitoksiin, jotka voidaan valmistaa yhdestä materiaalista yksinkertaisella ja halvalla valmistusprosessilla.