At kaste lys over oprindelsen af ​​den fotovoltaiske effekt i organisk-uorganiske perovskiter

Et hold ledet af RIKEN-forskere har undersøgt, hvordan specielle krystaller omdanner lys til elektricitet. Deres resultater vil hjælpe med at informere indsatsen for at forbedre deres effektivitet, hvilket kan føre til, at krystallerne bliver brugt i solceller. Studiet er publiceret i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

Solceller omdanner lys til elektricitet ved et fænomen kendt som den fotovoltaiske effekt. Langt de fleste solceller består af to halvledere kilet sammen - den ene med et overskud af elektroner og den anden er elektronmangel. Dette skyldes, at opsætningen har en høj konverteringseffektivitet.

Men en anden fotovoltaisk effekt har også tiltrukket sig opmærksomhed - bulk solcelleeffekten, såkaldt fordi den kun involverer et enkelt materiale. Selvom konverteringseffektiviteten i øjeblikket er ret lav, har nyere forskning foreslået måder til at forbedre effektiviteten på.

Der har været megen debat om, hvordan bulk solcelleeffekten virker. Man troede oprindeligt, at et elektrisk felt genereret af polariseringer i materialet gav anledning til virkningen, men en ny forklaring har for nyligt vundet frem.

I denne nye mekanisme forskyder lys elektronskyerne i materialet, og disse forskydninger forplanter sig og genererer en strøm. Denne strøm har attraktive egenskaber, herunder en ultrahurtig respons og spredningsfri udbredelse.

Materialer kendt som organisk-uorganiske hybridperovskiter (OIHP'er) har et stort potentiale til fremstilling af optoelektroniske enheder. Den bulk fotovoltaiske effekt i OIHP'er er generelt blevet tilskrevet den gamle makroskopiske polariseringsmekanisme.

"Indbyggede elektriske felter i materialer er ofte blevet betragtet som oprindelsen til den bulk-fotovoltaiske effekt i OIHP'er, men uden solide beviser," bemærker Taishi Noma fra RIKEN Center for Emergent Matter Science.

Nu, ved at studere den bulk-fotovoltaiske effekt i OIHP-krystaller i detaljer, har Noma og hans samarbejdspartnere fundet beviser, der er i overensstemmelse med skiftmekanismen og udelukker den makroskopiske polariseringsmekanisme.

Specifikt observerede de den bulk fotovoltaiske effekt langs en ikke-polær akse i en OIHP, hvilket ikke kan forklares ud fra den makroskopiske polarisationsmekanisme.

Holdets resultater fremhæver vigtigheden af ​​materialets krystalsymmetri. Den opnåede indsigt vil hjælpe forskere med at optimere egenskaberne af OIHP'er ved at skræddersy deres symmetri. Især kan indsigten hjælpe med at forbedre effektiviteten af ​​OIHP'er til at konvertere lys til elektricitet.

Noma og hans team har nu til hensigt at udforske andre slags materialer. "I princippet kan skiftestrømme også genereres i andre klasser af materialer, såsom flydende krystaller og organiske molekylære krystaller," siger Noma. "Vi vil gerne udvide denne undersøgelse til andre materialer."

Flere oplysninger: Taishi Noma et al., bulk fotovoltaisk effekt langs den ikke-polære akse i organisk-uorganiske hybridperovskites, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202309055

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af RIKEN