Kuumia elektroneja ja jakautuneita eksitoneja

05.08.2014

berkley-hot-carriers-250-t.jpgKuluneen kuuman heinäkuun aikana tutkijat ovat esitelleet uusimpia näkemyksiään aurinkokennojen kehityksestä.

Lawrence Berkeley National Laboratoryn (Berkeley Lab) tiedemiesten kehittämä menetelmä mahdollistaa tutkia laskennallisesti kuumien varauskuljettajien (hot carriers) käyttäytymistä puolijohteissa.

Menetelmä voi olla avain tulevaisuuden aurinkokennojen tehokkuuden parantamiselle. Tähän asti näiden ilmiöiden teoreettinen tutkiminen käytännön näytteistä on ollut erittäin hankalaa.

Kuumien varauksenkuljettajien termalisoituminen johtaa peräti kolmannekseen menetykseen absorboituneesta aurinkoenergiasta piissä ja muissa puolijohteissa.

Kyseessä on teoreettinen malli, jolla tutkia kuumia kuljettajia erilaisilla pinnoilla, nanorakenteissa ja materiaaleissa, kuten epäorgaaniset ja orgaaniset kiteet ja jopa materiaaleissa, joita ei vielä ole syntetisoitu.

Toisaalta Kalifornian yliopiston (UC Riverside) kemistien työ "singlet fission" parissa voi myös lisätä aurinkokennojen tehokkuutta jopa 30 prosenttia.

Nykyiset aurinkokennot absorboivat fotonin, joka synnyttää eksitonin, joka edelleen erottuu elektroni-aukko pariksi, joista sitten syntyy aurinkosähköä.

Tällaisten aurinkokennojen hyötysuhde noin 32 prosenttia (Shockley-Queisser –raja). Kun tulevaisuuden aurinkokennoille tavoitellaan nykyisiä raja-arvoja ylittäviä ominaisuuksia se vaatii uudenlaisia fysikaalisia prosesseja.

Elektronien spineistä määräytyviä eksitoneja on kahta lajia ja orgaanisissa puolijohteissa, niillä on erilaiset ​​energiat. Mitä jos korkean energian eksitoni jakautuisi kahdeksi eksitoniksi eikä lämmöksi.

"Jos tripletti eksitonilla on puolet singletin energiasta, niin on mahdollista, että yhdestä fotonista syntynyt singletti eksitoni voidaan jakaa kahdeksi tripletti eksitoniksi", totetavat tutkijat. Siten voisi olla mahdollista 200 prosenttiseen eksitonien ja toivottavasti myös elektronien tuottoon per absorboitunut fotoni.

Singlet eksitoni jakautuu spontaanisti kahdeksi tripletiksi, mekanismilla, jonka tarkkaa mekanismia ei tunneta, mutta se tapahtuu nopeasti – alle nanosekuntien ajassa ja korkealla hyötysuhteella toteavat tutkijat.

Esimerkiksi tutkimukset MIT:ssä ovat jo osoittaneet, että orgaaninen aurinkokenno, jolla on yli sataprosenttinen ulkoinen kvanttihyötysuhde perustuu tähän vaikutukseen. Siten voisi olla mahdollista integroida tämä myös epäorgaanisten puolijohteisiin ja käyttää sitä nostamaan niiden tehokkuutta.
12.12.2019Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja
11.12.2019Timanttien avulla parempia superkonkkia
10.12.2019Sähköis-optista tietotekniikkaa
09.12.2019Lämpösähköä hiilinanoputkilla
09.12.2019Valokuitua selluloosasta
05.12.2019Näppärä terahertsinen tekniikka
04.12.2019Palamattomia litium-akkuja
03.12.2019Bittejä ja simulointia atomien mittakaavassa
02.12.2019Metallijohde Cooperin pareilla
29.11.2019Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera

Siirry arkistoon »