Belyser ursprunget till den fotovoltaiska effekten i organiska-oorganiska perovskiter

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

December 26, 2023

(Nanowerk Nyheter) Ett team ledd av RIKEN-forskare har undersökt hur speciella kristaller omvandlar ljus till elektricitet (Angewandte Chemie, "Bulk fotovoltaisk effekt längs den opolära axeln i organiska-oorganiska hybridperovskiter"). Deras resultat kommer att hjälpa till att informera ansträngningar för att förbättra deras effektivitet, vilket kan leda till att kristallerna används i solceller. Solceller omvandlar ljus till elektricitet genom ett fenomen som kallas fotovoltaisk effekt. De allra flesta solceller består av två halvledare som är ihopkilade - en med ett överskott av elektroner och den andra har elektronbrist. Detta beror på att installationen har en hög konverteringseffektivitet. Men en annan solcellseffekt har också väckt uppmärksamhet - solcellseffekten i bulk, så kallad eftersom den bara involverar ett enda material. Även om dess omvandlingseffektivitet för närvarande är ganska låg, har nyare forskning föreslagit sätt att förbättra dess effektivitet. Schematisk illustration av den bulkfotovoltaiska effekten längs den opolära axeln av den organisk-oorganiska hybridperovskiten. Den gula pilen representerar en foton av ljus, medan de blå och gröna molnen visar en elektron respektive ett hål. Den röda pilen är polarisationsaxeln. (© WILEY-VCH Verlag) Det har varit mycket debatt om hur solcellseffekten i bulk fungerar. Man trodde ursprungligen att ett elektriskt fält som genererades av polariseringar i materialet gav upphov till effekten, men en ny förklaring har nyligen fått valuta. I denna nya mekanism förskjuter ljus elektronmolnen i materialet och dessa förskjutningar fortplantar sig och genererar en ström. Denna ström har attraktiva egenskaper, inklusive en ultrasnabb respons och spridningsfri utbredning. Material som kallas organisk-oorganisk hybrid perovskiter (OIHP) har stor potential för att tillverka optoelektroniska enheter. Den bulkfotovoltaiska effekten i OIHP har i allmänhet tillskrivits den gamla makroskopiska polarisationsmekanismen. "Inbyggda elektriska fält i material har ofta ansetts vara ursprunget till bulk-fotovoltaiska effekten i OIHP, men utan solida bevis", säger Taishi Noma från RIKEN Center for Emergent Matter Science. Genom att nu i detalj studera den bulkfotovoltaiska effekten i OIHP-kristaller, har Noma och hans medarbetare hittat bevis som är förenliga med skiftmekanismen och utesluter den makroskopiska polarisationsmekanismen. Specifikt observerade de den bulkfotovoltaiska effekten längs en icke-polär axel i en OIHP, vilket inte kan förklaras i termer av den makroskopiska polarisationsmekanismen. Teamets resultat lyfter fram vikten av materialets kristallsymmetri. Insikterna kommer att hjälpa forskare att optimera egenskaperna hos OIHP genom att skräddarsy deras symmetri. I synnerhet kan insikterna hjälpa till att förbättra effektiviteten hos OIHP:er när det gäller att omvandla ljus till elektricitet. Noma och hans team tänker nu utforska andra typer av material. – I princip kan skiftströmmar även genereras i andra materialklasser, som flytande kristaller och organiska molekylära kristaller, säger Noma. "Vi skulle vilja utöka den här studien till andra material."