Otkriće novog koncepta fotonaponske tehnike koji iskorištava sposobnost materijala da postoje u različitim kristalnim fazama

Tim istraživača iz Centra za integrisanu fiziku i fotonske materijale na Tehnološkom univerzitetu u Drezdenu i Centra za naprednu elektroniku u Drezdenu demonstrirao je novi koncept solarnih ćelija koji iskorištava sposobnost materijala da postoje u različitim kristalnim fazama. Srodno istraživanje je sada objavljeno u časopisu Nature Energy.

Svrha fotonaponskih ćelija je pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju. Apsorbiranjem sunčeve svjetlosti stvaraju se parovi nosača naboja koje je potrebno usmjeriti na suprotne strane fotonaponske diode kako bi se stvorila električna struja. Da bi se olakšao ovaj proces, većina solarnih ćelija uključuje heterospoj koji pruža povoljan energetski pejzaž za pokretanje razdvajanja naboja.

Na primjer, silikonske solarne ćelije formiraju heterospojnice električnim dopiranjem svake strane uređaja, što rezultira pn spojem. Organske solarne ćelije se, s druge strane, oslanjaju na miješanje različitih vrsta materijala (donora i akceptora) kako bi se formirale masovne heterospojnice. Međutim, ovi koncepti obično nisu primjenjivi na nove klase novih fotonaponskih materijala.

Projektni istraživački tim je sada demonstrirao novi koncept za formiranje fotonaponskih heterospojnica. Da bi to učinili, istraživači su iskoristili činjenicu da materijali često mogu postojati u različitim strukturnim oblicima, nazvanim kristalne faze.

Ovaj fenomen, poznat kao polimorfizam, znači da isti materijal može pokazati različita svojstva ovisno o specifičnom rasporedu atoma i molekula u svojoj strukturi. Povezujući dvije kristalne faze istog materijala, istraživači su po prvi put demonstrirali formiranje heterospojne solarne ćelije. Konkretno, istraživači su odabrali cezijum jodid olovni halkogenid - efikasan materijal za apsorpciju solarnih ćelija u beta i gama fazama - za svoj novi koncept.

Istraživači su objasnili: "Optička i elektronska svojstva cezijum-olovog jodida u i fazama se razlikuju jedna od druge, a postavljanjem halkogenida na vrh halkogenida, uspjeli smo stvoriti fazno-heterojunkcijsku solarnu ćeliju koja je znatno efikasnija od solarne ćelije zasnovane na jednofaznom halkogenidu." U svojoj studiji, istraživači su pokazali da gornji sloj faze utiče na performanse solarne ćelije na više načina.

Napredna spektroskopska analiza pokazala je da su poboljšane performanse povezane s povećanom apsorpcijom svjetlosti i stvaranjem povoljnog energetskog usklađivanja između dvije faze, rekli su istraživači.

Važno je da su istraživači potvrdili da je fazni heterospoj ostao stabilan tokom rada solarne ćelije i čak potisnuo migraciju jona u apsorberu solarne ćelije, rešavajući uobičajeni problem sa halkogenidnim materijalima.

Da bi realizovali koncept faznog heterospoja, istraživači su koristili dva različita procesa proizvodnje za gornji i donji sloj. Istraživači kažu da se nadaju da će ovaj novi koncept, u ​​kombinaciji s jednostavnim pravcem proizvodnje za fazne heterospojnice, biti primjenjiv i na širok spektar sistema materijala u nizu elektronskih i optoelektronskih uređaja.

Kako mnoge klase poluvodiča pokazuju polimorfizam, ovaj koncept bi mogao utrti put za potpuno nove primjene zasnovane na faznim heterospojnicama, koje se mogu napraviti od jednog materijala korištenjem jednostavnog i jeftinog procesa proizvodnje.