Odkritje novega koncepta v fotovoltaiki, ki izkorišča sposobnost materialov, da obstajajo v različnih kristalnih fazah

Skupina raziskovalcev iz Centra za integrirano fiziko in fotonske materiale na Univerzi za tehnologijo v Dresdnu in Centra za napredno elektroniko v Dresdnu je pokazala nov koncept sončne celice, ki izkorišča sposobnost materialov, da obstajajo v različnih kristalnih fazah. Povezana raziskava je zdaj objavljena v reviji Nature Energy.

Namen fotovoltaične celice je pretvarjanje sončne svetlobe v električno energijo. Z absorpcijo sončne svetlobe nastanejo pari nosilcev naboja, ki jih je treba nato usmeriti na nasprotne strani fotovoltaične diode, da se ustvari električni tok. Da bi olajšali ta proces, večina sončnih celic vključuje heterospoj, ki zagotavlja ugodno energetsko pokrajino za spodbujanje ločevanja nabojev.

Na primer, silicijeve sončne celice tvorijo heterospojnice z električnim dopiranjem vsake strani naprave, kar povzroči pn spoj. Po drugi strani pa organske sončne celice temeljijo na mešanju različnih vrst materialov (donorja in akceptorja), da tvorijo razsute heterospojnice. Vendar ti koncepti običajno niso uporabni za nastajajoče razrede novih fotovoltaičnih materialov.

Projektna raziskovalna skupina je zdaj prikazala nov koncept za oblikovanje fotovoltaičnih heterojunkcij. Da bi to naredili, so raziskovalci izkoristili dejstvo, da lahko materiali pogosto obstajajo v različnih strukturnih oblikah, imenovanih kristalne faze.

Ta pojav, znan kot polimorfizem, pomeni, da ima lahko isti material različne lastnosti glede na specifično razporeditev atomov in molekul v njegovi strukturi. S povezovanjem dveh kristalnih faz istega materiala so raziskovalci prvič dokazali nastanek heterojunkcijske sončne celice. Natančneje, raziskovalci so za svoj novi koncept izbrali cezijev jodid svinčev halkogenid - učinkovit material za absorbiranje sončnih celic v fazah beta in gama.

Raziskovalci so pojasnili: "Optične in elektronske lastnosti cezijevega svinčevega jodida v fazah in se med seboj razlikujejo in s postavitvijo halkogenida na vrh halkogenida smo lahko ustvarili sončno celico s faznim heterospojom, ki je znatno učinkovitejša od sončne celic na osnovi enofaznega halkogenida." V svoji študiji so raziskovalci pokazali, da zgornja plast faze vpliva na delovanje sončne celice na več načinov.

Napredna spektroskopska analiza je pokazala, da je bila izboljšana učinkovitost povezana s povečano absorpcijo svetlobe in oblikovanjem ugodne energijske poravnave med obema fazama, so povedali raziskovalci.

Pomembno je, da so raziskovalci potrdili, da je fazna heterojunkcija med delovanjem sončne celice ostala stabilna in celo zatrla migracijo ionov v absorberju sončne celice, s čimer je rešila pogost problem s halkogenidnimi materiali.

Za uresničitev koncepta fazne heterojunkcije so raziskovalci uporabili dva različna postopka izdelave za zgornjo in spodnjo plast. Raziskovalci pravijo, da upajo, da bo ta novi koncept v kombinaciji s preprosto potjo izdelave za fazne heterojunkcije uporaben tudi za širok spekter materialnih sistemov v vrsti elektronskih in optoelektronskih naprav.

Ker številni razredi polprevodnikov kažejo polimorfizem, bi lahko ta koncept utrl pot za popolnoma nove aplikacije, ki temeljijo na faznih heterospojih, ki jih je mogoče izdelati iz enega samega materiala z uporabo preprostega in poceni postopka izdelave.