Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen

Rakenteellisten muodonmuutosten suunnittelu valoherkissä puolijohteissa voi lisätä aurinkokennojen tehokkuutta.

Tutkijat etsivät vaihtoehtoisia aurinkosähkömekanismeja, jotka voisivat toimia synergisesti liitospohjaisen aurinkosähköefektin kanssa aurinkokennojen tehokkuuden parantamiseksi. Tässä yhteydessä materiaalin venymägradientin suunnittelu on noussut lupaavaksi tutkimussuunnaksi.

Tässä ilmiössä, joka tunnetaan nimellä fleksovalovoimavaikutus, materiaalissa oleva epähomogeeninen venymä tuottaa aurinkosähkövaikutuksen ilman liitoskohtaa.

Nyt tutkijat Katalonian nanotieteen ja nanoteknologian instituutista Espanjasta ja Longlong Shun Nanchangin yliopistosta Kiinasta ovat tuoneet esiin selvän fleksovalovoimavaikutuksen jo tutussa halogenidiperovskiiteissa.

Aurinkosähköefektit vaativat laitteita tai materiaaleja, jotka rikkovat inversiosymmetrian. Symmetrian katkaisu luo ensisijaisen suunnan valogeneroitujen elektronien ja aukkojen virtaukselle, mikä tuottaa huomattavan virran ennen kantajien rekombinaatiota. Perinteisissä aurinkokennoissa symmetria katkeaa luonnostaan kahden eri materiaalin rajapinnan p-n -liitoksessa.

Tietyt materiaalit, jotka tunnetaan nimellä pietsosähköiset materiaalit, osoittavat myös inversio-symmetrian rikkoutumista kiderakenteissaan.

Nämä materiaalit osoittavat massamaista aurinkosähkövaikutusta. Toisin kuin liitospohjainen vaikutus, massamaisuus perustuu varauksen erotusmekanismiin, joka johtuu valoviritettyjen kantajien epäsymmetrisestä jakautumisesta reaalisessa ja liikemäärätilassa.

Tämä käyttäytyminen johtaa ainutlaatuisiin ominaisuuksiin, kuten valovirtaan, joka riippuu valon polarisaatiosta ja valojännitteestä, joka voi ylittää puolijohdemateriaalin kaistaeron. Sitä vastoin liitospohjaisessa laitteessa saatu valojännite ei voi ylittää materiaalin kaistaeroa, mikä rajoittaa aurinkokennon maksimitehoa, joka skaalautuu valojännitteen ja valovirran tuloon.

Sopivan suunnittelun ansiosta sekä liitospohjaiset että massamaiset aurinkosähkötehosteet voisivat toimia yhdessä samassa rakenteessa, mikä parantaa sen suorituskykyä.

Nyt tutkijoiden havaitsema halogenidiperovskiittisten kiteiden fleksovalovoiman vaikutuksen huomattava suorituskyky vahvistaa jännitysgradienttien kyvyn tehostaa aurinkoenergian talteenottoa.

Seuraava askel olisi perinteisten ja fleksovalotehosteiden yhdistelmän demonstrointi. Tällainen vaihe sisältäisi laitekokoonpanojen suunnittelun, jotka integroivat sekä sisäänrakennetut kentät p-n -liitoksessa että venymägradientit.

Halogenidiperovskiiteille saadut tulokset osoittavat, että näiden kahden vaikutuksen yhdistelmällä on suuri potentiaali voittaa Shockley-Queisser-rajan tyrannia, joka kertoo, että aurinkokennon maksimihyötysuhde yhdellä p-n -liitoksella ei voi ylittää noin 30 %.

Aiheesta aiemmin:

Ajan käänteistä epäsymmetriaa aurinkokennoille

Vakaita ja tehokkaita perovskiitti aurinkokennoja

Valosähköisen rajan ylittäen