Atomeilla aurinkokennot yli perinteisten rajojen

Institute of Science Tokion laitoksen tutkimuksessa havaittiin, että bulkkifotovoltainen ilmiö (BPVE), valosähköinen ilmiö, joka tuottaa valovirtaa ilman p–n-liitosta, voi säilyä, vaikka materiaalin keskimääräinen kiderakenne pysyisi keskisymmetrisenä.

Tutkijat osoittivat tämän CuCrP2S6:ssa, van der Waalsin materiaalissa, joka siirtyy ei-keskisymmetrisestä keskimääräiseen keskisymmetriseen rakenteeseen. Löydös haastaa perinteisen käsityksen BPVE:stä ja ehdottaa uutta strategiaa valosähköisen muunnoksen parantamiseksi.

Bulkkifotovoltainen vaikutus (BPVE) tarjoaa vaihtoehtoisen tavan tuottaa valosähkövirtaa ilman p-nliitosta ja Shockley–Queisserin rajaa (33 %). BPVE on kuitenkin perinteisesti yhdistetty ei-keskisymmetrisiin kiderakenteisiin.

Japanilaisen Institute of Science Tokion (Science Tokyo) entisen jatko-opiskelijan Ryoga Muratan ja apulaisprofessori Takao Sasagawan johtama

Tutkijaryhmä on nyt osoittanut BPVE:n materiaalissa, jonka aikakeskiarvoistettu kiderakenne muuttuu keskisymmetriseksi huoneenlämmössä. He havaitsivat, että atomien sijaintien dynaamiset muutokset voivat ylläpitää BPVE:tä, vaikka materiaali näyttäisi symmetriseltä pidemmillä aikaväleillä.

Tutkijat selittivät tämän odottamattoman käyttäytymisen Cu+ -ionien dynaamisella liikkeellä kidehilassa. Huoneenlämmössä nämä ionit eivät pysy kiinteissä paikoissa, vaan vaihtelevat useiden mahdollisten paikkojen välillä. Pidemmällä aikavälillä Cu+ -ionien paikat keskiarvoistuvat, jolloin kide näyttää symmetriseltä.

Ionit liikkuvat kuitenkin paljon hitaammin, eli pikosekuntien tai pidemmillä aikaskaaloilla, kuin elektronien reagointi valoon, joka tapahtuu femtosekunneissa. Näin ollen elektronit reagoivat Cu+ - ionien hetkellisiin sijainteihin niiden ajallisesti keskiarvoistettujen sijaintien sijaan, jolloin nämä hetkelliset epäsymmetriset alueet voivat vaikuttaa bulkkisähköilmiöön.

Nämä löydökset viittaavat siihen, että dynaamista atomien liikettä voitaisiin valjastaa tehostamaan valosähköistä muunnosta. "Työ ehdottaa uutta materiaalisuunnittelufilosofiaa: atomien liikkeen tukahduttamisen sijaan dynaamisia fluktuaatioita voidaan tarkoituksella hyödyntää valosähköisen muunnoksen vahvistamiseksi. Tämä konsepti voi avata uusia mahdollisuuksia seuraavan sukupolven aurinkosähkömateriaalien, omavoimaisten optoelektronisten laitteiden ja van der Waalsin materiaaleihin perustuvien energiankeruuteknologioiden kehittämiselle", työtä vetänyt Takao Sasagawa sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Valosähköisiä nanoputkia

Älykäs kvanttianturi