Akkuna ja aurinkokennona

Aurinkokennossa virittyneitä elektroneja voidaan säilyttää ainakin viikon ajan samassa rakenteessa, kunnes ne puretaan sähkövirtana. Suzhoun tiede- ja teknologiayliopiston tutkijatiimi sanoo, että heidän kehittämää 2D-rakennetta voidaan käyttää energiantuotannossa, valoilmaisimissa tai valopohjaisissa muisteissa.

Hyvä valosähköinen laite antaa varauksenkantajan sähkövirtaan lähes joka kerta, kun se absorboi fotonin; toisin sanoen sillä on korkea "ulkoinen kvanttitehokkuus" (EQE). Ongelmana on, että negatiivisesti varautunut elektroni ja fotonin synnyttämä positiivisesti varautunut aukko yhdistyvät usein uudelleen pian luomisen jälkeen. Yksi tapa lisätä laitteen EQE:tä on ansoittaa varauksenkantajia tilapäisesti – esimerkiksi kidevikojen kohdalle – ennen kuin rekombinaatio voi tapahtua.

Yucheng Jiang ja hänen työtoverinsa päättivät käyttää tätä strategiaa van der Waals -heteroliitosrakenteessa. He käyttivät puolijohtavaa volframidiselenidia ja johteena läpinäkyvää strontiumtitaanioksidia (STO). STO:n pinnalle ryhmä tuotti lähes kaksiulotteisen "elektronikaasun" (tila, jossa elektronit liikkuvat vapaasti ja itsenäisesti) pintakäsittelyn avulla. Elektronikaasun käyttö yhtenä komponenttina tällaisessa heteroliitoksessa oli uutta ja toi esiin rakenteen uudet ominaisuudet.

Kahden materiaalin välinen rajapinta-alue muodostaa vdW p-n -liitoksen, joka on yleinen aurinkokennoissa oleva rakenne. Yleensä fotonit tuottavat elektroni-aukko -pareja, jotka voidaan erottaa jännitteellä, vaikka jotkut väistämättä yhdistyvät uudelleen.

Jiang ja kollegat toivoivat, että heidän rakenteessaan rekombinaatio voisi tapahtua hitaammin kuin muissa p-n aurinkosähkörakenteissa. Mutta heidän yllätyksekseen he havaitsivat, että valoindusoidut varauksenkantajat säilyivät hyvin pitkään.

Valaistessaan laitteensa sinisellä laserilla ja säilytettyään sitä sitten pimeässä 30 K:n lämpötilassa jopa 7 päivää, he pystyivät poimimaan 2,9 milliampeerin virran kun he liittivät sen piiriin. Valoherätetty varaus varastoitiin ilman, että se heikkeni merkittävästi, ikään kuin akussa. He antoivat tälle uudelle ilmiölle nimen varattava valojohtavuus.

Rakenteen EQE on 93,8%, kun taas monia aurinkokennoja pidetään "korkeasti suorituskykyisinä", jos niiden EQE on yli 50%. Tarve jäähdyttää laite noin 30 K:n lämpötilaan tallennetun varauksen pitämiseksi vakaana saattaa kuitenkin rajoittaa sen sovelluksia, Jiang sanoo, elleivät parannukset muilla materiaaleilla nosta tätä käyttölämpötilaa merkittävästi.

Tällainen heteroliitosrakenne voisi toimia myös optisena muistina. Informaatio syötetään valopulssilla ja säilytetään, kunnes se luetaan sähkövirran pulssilla. "Emme tiedä, mikä tämän vakauden raja on, mutta uskomme, että varastoinnin käyttöikä on lähes loputon", Jiang sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Aurinkoakku toimii valolla ja ilmalla