Små skridt for elektroner – stor fremtid? Ultrahurtigt mikroskop afslører elektronbaner i solceller

Et nyt ultrahurtigt mikroskop har afsløret de veje, som elektroner tager i solceller, og kaster lys over, hvordan man kan forbedre deres effektivitet.

Mikroskopet, der er udviklet af forskere ved University of California, Berkeley, kan spore elektronernes bevægelse i realtid med en opløsning på blot et par femtosekunder (kvadrilliontedele af et sekund). Dette gjorde det muligt for forskerne at se, hvordan elektroner bevæger sig gennem de forskellige lag i en solcelle, og hvordan de påvirkes af defekter og urenheder.

Resultaterne kan være med til at forbedre effektiviteten af ​​solceller, som i øjeblikket er begrænset af, at mange af de elektroner, der genereres af sollys, går tabt, før de kan omdannes til elektricitet. Ved at forstå, hvordan elektroner bevæger sig gennem solceller, kan forskere designe nye materialer og strukturer, der gør det muligt at indsamle flere elektroner.

"Dette er et stort gennembrud i vores forståelse af, hvordan solceller fungerer," sagde undersøgelsens hovedforfatter Dr. Jeffrey Bokor. "Ved at kunne spore elektronernes bevægelse i realtid, kan vi nu se, hvordan de påvirkes af de forskellige materialer og strukturer, der bruges i solceller. Denne viden vil give os mulighed for at designe mere effektive solceller, der kan omdanne mere sollys til elektricitet."

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Photonics.

Sådan fungerer det ultrahurtige mikroskop

Det ultrahurtige mikroskop bruger en teknik kaldet tidsopløst fotoemissionsspektroskopi til at spore elektronernes bevægelse. I denne teknik bruges en lysimpuls til at excitere elektroner i solcellen, og derefter bruges en anden lysimpuls til at undersøge energien og momentum af de exciterede elektroner. Ved at måle tidsforskellen mellem de to impulser kan forskerne bestemme elektronernes hastighed.

Mikroskopet kan også bruges til at kortlægge elektronernes rumlige fordeling. Dette gøres ved at scanne laserstrålen hen over solcellen og måle fotoemissionssignalet ved hvert punkt. Det resulterende billede viser placeringen af ​​elektronerne i solcellen, hvilket kan være med til at identificere defekter og urenheder, der kan påvirke cellens effektivitet.

Fremtiden for solceller

Det ultrahurtige mikroskop er et kraftfuldt værktøj, der vil hjælpe forskere med at forbedre effektiviteten af ​​solceller. Ved at forstå, hvordan elektroner bevæger sig gennem solceller, kan forskere designe nye materialer og strukturer, der vil tillade flere elektroner at blive opsamlet og omdannet til elektricitet. Dette vil gøre solceller mere overkommelige og effektive og være med til at fremskynde overgangen til en fremtid med ren energi.