Ρίχνοντας φως στην προέλευση του φωτοβολταϊκού αποτελέσματος σε οργανικούς-ανόργανους περοβσκίτες

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

26 Δεκεμβρίου 2023

(Ειδήσεις Nanowerk) Μια ομάδα με επικεφαλής τους ερευνητές RIKEN ερεύνησε πώς οι ειδικοί κρύσταλλοι μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια (Εφαρμοσμένη χημεία, “Bulk photovoltaic effect along the nonpolar axis in organic-inorganic hybrid perovskites”). Τα ευρήματά τους θα βοηθήσουν στην ενημέρωση των προσπαθειών για τη βελτίωση της απόδοσής τους, κάτι που θα μπορούσε να οδηγήσει στη χρήση των κρυστάλλων σε ηλιακά κύτταρα. Οι ηλιακές κυψέλες μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια από ένα φαινόμενο γνωστό ως φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Η συντριπτική πλειονότητα των ηλιακών κυψελών αποτελείται από δύο ημιαγωγούς σφηνωμένους μεταξύ τους—ο ένας με περίσσεια ηλεκτρονίων και ο άλλος με έλλειψη ηλεκτρονίων. Αυτό συμβαίνει επειδή η ρύθμιση έχει υψηλή απόδοση μετατροπής. Αλλά ένα άλλο φωτοβολταϊκό φαινόμενο έχει επίσης προσελκύσει την προσοχή - το μαζικό φωτοβολταϊκό φαινόμενο, που ονομάζεται έτσι επειδή περιλαμβάνει μόνο ένα μόνο υλικό. Ενώ η απόδοση μετατροπής του είναι επί του παρόντος μάλλον χαμηλή, πρόσφατη έρευνα έχει προτείνει τρόπους για τη βελτίωση της απόδοσής του. Σχηματική απεικόνιση του μαζικού φωτοβολταϊκού φαινομένου κατά μήκος του μη πολικού άξονα του οργανικού-ανόργανου υβριδικού περοβσκίτη. Το κίτρινο βέλος αντιπροσωπεύει ένα φωτόνιο φωτός, ενώ τα μπλε και πράσινα σύννεφα δείχνουν ένα ηλεκτρόνιο και μια τρύπα, αντίστοιχα. Το κόκκινο βέλος είναι ο άξονας πόλωσης. (© WILEY-VCH Verlag) Υπήρξε μεγάλη συζήτηση σχετικά με το πώς λειτουργεί το μαζικό φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Αρχικά θεωρήθηκε ότι ένα ηλεκτρικό πεδίο που παράγεται από πολώσεις μέσα στο υλικό προκάλεσε το φαινόμενο, αλλά μια νέα εξήγηση πρόσφατα κερδίζει νόμισμα. Σε αυτόν τον νέο μηχανισμό, το φως μετατοπίζει τα νέφη ηλεκτρονίων στο υλικό και αυτές οι μετατοπίσεις διαδίδονται, δημιουργώντας ένα ρεύμα. Αυτό το ρεύμα έχει ελκυστικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της εξαιρετικά γρήγορης απόκρισης και της διάδοσης χωρίς διασπορά. Υλικά γνωστά ως οργανικό-ανόργανο υβρίδιο περοβσκίτες (OIHP) έχουν μεγάλες δυνατότητες για την κατασκευή οπτοηλεκτρονικών συσκευών. Το μαζικό φωτοβολταϊκό φαινόμενο στα OIHPs έχει γενικά αποδοθεί στον παλιό μηχανισμό μακροσκοπικής πόλωσης. «Τα ενσωματωμένα ηλεκτρικά πεδία σε υλικά έχουν συχνά θεωρηθεί ως η πηγή του μαζικού φωτοβολταϊκού φαινομένου στα OIHP, αλλά χωρίς αδιάσειστα στοιχεία», παρατηρεί ο Taishi Noma του RIKEN Center for Emergent Matter Science. Τώρα, μελετώντας λεπτομερώς το μαζικό φωτοβολταϊκό φαινόμενο στους κρυστάλλους OIHP, ο Noma και οι συνεργάτες του βρήκαν στοιχεία που συνάδουν με τον μηχανισμό μετατόπισης και αποκλείουν τον μηχανισμό μακροσκοπικής πόλωσης. Συγκεκριμένα, παρατήρησαν το μαζικό φωτοβολταϊκό φαινόμενο κατά μήκος ενός μη πολικού άξονα σε ένα OIHP, το οποίο δεν μπορεί να εξηγηθεί από την άποψη του μηχανισμού μακροσκοπικής πόλωσης. Τα αποτελέσματα της ομάδας υπογραμμίζουν τη σημασία της κρυσταλλικής συμμετρίας του υλικού. Οι γνώσεις που αποκτήθηκαν θα βοηθήσουν τους ερευνητές να βελτιστοποιήσουν τις ιδιότητες των OIHP προσαρμόζοντας τη συμμετρία τους. Ειδικότερα, οι πληροφορίες μπορεί να βοηθήσουν στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των OIHP στη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο Noma και η ομάδα του σκοπεύουν τώρα να εξερευνήσουν άλλα είδη υλικών. «Καταρχήν, τα ρεύματα μετατόπισης μπορούν επίσης να δημιουργηθούν σε άλλες κατηγορίες υλικών, όπως υγρούς κρυστάλλους και οργανικούς μοριακούς κρυστάλλους», λέει ο Noma. «Θα θέλαμε να επεκτείνουμε αυτή τη μελέτη σε άλλα υλικά».