Deformering af solceller kan være en anelse om forbedret effektivitet

Rumligt løst mørk strømfordeling. a Overfladetopografi og b tilsvarende mørk strømfordeling kortlagt på BiFeO3 (60 nm)/La0.7Sr0.3MnO3 (5 nm)/LaAlO3 -filmen uden belysning. Målestang 500 nm. c Sammenligning af mørk strøm og overflademorfologi af området markeret med blå pil i (a). Strømmen opnås ved at påføre 2 V på bundelektroden med den ledende spids næsten jordet. Kilde:Ming-Min Yang et al. Stamningsgradient-medieret lokal ledning i anstrengte bismuthferritfilm, Naturkommunikation (2019). DOI:10.1038/s41467-019-10664-5

Solceller og lysfølende teknologier kunne gøres mere effektive ved at drage fordel af en usædvanlig egenskab på grund af deformationer og defekter i deres strukturer.

Forskere fra University of Warwick's Department of Physics har fundet ud af, at stamningsgradienten (dvs. inhomogen stamme) i solcellerne, gennem fysisk kraft eller fremkaldt under fremstillingsprocessen, kan forhindre foto-begejstrede bærere i at rekombineres, hvilket fører til en forbedret effektivitet i konvertering af solenergi. Resultaterne af deres eksperimenter er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

Forskergruppen brugte en epitaksial tynd film af BiFeO3 dyrket på LaAlO3-substrat til at bestemme virkningen af inhomogen deformation på filmens evne til at omdanne lys til elektricitet ved at undersøge, hvordan dens belastningsgradient påvirker dets evne til at adskille foto-spændte bærere.

De fleste kommercielle solceller er dannet af to lag, der ved deres grænse skaber et kryds mellem to slags halvledere, p-type med positive ladningsbærere (elektroner ledige) og n-type med negative ladningsbærere (elektroner). Når lys absorberes, krydset mellem de to halvledere opretholder et indre felt, der deler de foto-spændte bærere i modsatte retninger, generere en strøm og spænding over krydset. Uden sådanne kryds kan energien ikke høstes, og de foto-begejstrede bærere vil simpelthen hurtigt rekombinere og fjerne enhver elektrisk ladning.

Rumligt løst fotostrømfordeling. a Overfladetopografi og b fotstrømfordeling karakteriseret under belysning på en 100 nm tyk BiFeO3/LaAlO3 tynd film; Målestang 500 nm. c Profilsammenligning mellem fotostrømmen og overflademorfologien i området markeret med blå pil i (a). Fotostrømmen erhverves ved belysning af 405 nm lys med en intensitet på 1 W cm − 2. Forspændingen påføres en side Pt -elektrode fordampet på overfladen af BiFeO3 -filmen med den ledende spids praktisk talt jordet. Kilde:Ming-Min Yang et al. Stamningsgradient-medieret lokal ledning i anstrengte bismuthferritfilm, Naturkommunikation (2019). DOI:10.1038/s41467-019-10664-5

De fandt ud af, at belastningsgradienten kan hjælpe med at forhindre rekombination ved at adskille de lys-ophidsede elektronhuller, forbedring af solcellernes konverteringseffektivitet. BiFeO3/LaAlO3 -filmen udviste også nogle interessante fotoelektriske effekter, såsom vedvarende fotoledningsevne (forbedret elektrisk ledningsevne). Det har potentielle anvendelser i UV -lyssensorer, aktuatorer og transducere.

Dr. Mingmin Yang fra University of Warwick sagde:"Dette arbejde demonstrerede stamningsgradientens kritiske rolle i formidlingen af lokale fotoelektriske egenskaber, som stort set er overset tidligere. Ved at konstruere fotoelektriske teknologier for at drage fordel af belastningsgradient, vi kan potentielt øge solcellernes konverteringseffektivitet og øge lyssensorernes følsomhed.

"En anden faktor at overveje er korngrænserne i polykrystallinske solceller. Generelt er defekter ophobes ved korngrænserne, hvilket ville forårsage rekombination af fotobærere, begrænser effektiviteten. Imidlertid, i nogle polykrystallinske solceller, såsom CdTe solceller, korngrænserne ville fremme indsamlingen af fotobærere, hvor den gigantiske belastningsgradient kan spille en vigtig rolle. Derfor, vi skal være opmærksomme på den lokale belastningsgradient, når vi studerer struktur-egenskabsforholdene i solceller og lyssensormaterialer. "

Tidligere har virkningen af denne belastning på effektiviteten blev anset for at være ubetydelig. Med den stigende miniaturisering af teknologier, effekten af belastningsgradient forstørres ved mindre størrelser. Så ved at reducere størrelsen på en enhed ved hjælp af en af disse film, størrelsen af belastningsgradienten stiger dramatisk.

Dr. Yang tilføjer:"Den belastningsgradientinducerede effekt, såsom flexo-fotovoltaisk effekt, ionisk migration, etc, ville blive stadig vigtigere ved lave dimensioner. "

Sidste artikelTeknologi lige ved hånden

Næste artikelSolar blusser, bobleringe, og blæklysekroner