Photovoltaikgeräte in einem neuen Licht sehen

Abb.1

Bild: Foto von SbSI- und SbSI:Sb2S3-Photovoltaikgeräten.
Aussicht mehr

Bildnachweis: Ryosuke Nishikubo

Osaka, Japan – Wissenschaftler des Instituts für offene und transdisziplinäre Forschungsinitiativen der Universität Osaka entdeckten eine neue Eigenschaft von Solarzellen aus Antimonsulfid:Sulfid-Verbundwerkstoff, die sie den wellenlängenabhängigen photovoltaischen Effekt (WDPE) nannten. Das Team stellte fest, dass eine Änderung der Farbe des einfallenden Lichts von sichtbarem zu ultraviolettem Licht eine reversible Änderung der Ausgangsspannung auslöste, während der erzeugte Strom unverändert blieb. Diese Arbeit kann zu neuen funktionalen Lichterfassungs- und Bildgebungsgeräten führen.

Photovoltaik (PV)-Geräte – wie Solarzellen und Fotodioden – die Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln, sind wichtig als erneuerbare Energiequellen oder als Licht-/Bildsensoren. Die jüngsten Fortschritte bei Dünnschicht-PV-Geräten haben aufgrund ihres kostengünstigen Verfahrens, ihrer Flexibilität und ihres geringen Gewichts viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Obwohl bisher über verschiedene PV-Vorrichtungen berichtet wurde, wurden jedoch bisher keine reversiblen und schnellen wellenlängenabhängigen Reaktionen beobachtet. Um unter Verwendung einer einzelnen Fotodiode zwischen Bestrahlungsfarben zu unterscheiden, muss ein Flüssigkristallfilter verwendet werden, der den Absorptionsfarbbereich elektronisch umschalten kann. Diese Filter sind jedoch sperrig; in der Lage zu sein, eine Farbdetektion durchzuführen, ohne solche Filter zu benötigen, wäre nützlich, um die Größe von photovoltaischen Vorrichtungen zu minimieren.

Jetzt hat ein Forscherteam der Universität Osaka neue photovoltaische Geräte aus einem Antimon-Sulfiodid-Sulfid-Verbundstoff gebaut und einen neuartigen Effekt entdeckt. Die erzeugte Spannung konnte durch Umschalten der Lichtfarbe verändert werden, wobei Ultraviolett die Ausgangsspannung reduzierte. Das heißt, eine umkehrbare Änderung der Strom-Spannungs-Kurven könnte einfach dadurch erreicht werden, dass verschiedene Lichtfarben auf die Vorrichtung gestrahlt werden. „Eine so dramatische Spannungsänderung wird bei Silizium, Perowskiten oder organischen Solarzellen nicht beobachtet“, erklärt Erstautor Ryosuke Nishikubo.

Um den Mechanismus hinter diesem Effekt besser zu verstehen, führten die Wissenschaftler dann eine transiente Photospannung (TPV) und eine photoinduzierte Ladungsextraktion durch linear ansteigende Spannung (Photo-CELIV) durch. Diese Experimente trugen dazu bei, die dramatische und reversible Änderung der Ladungsträgerlebensdauer zu klären, die durch ultraviolette Strahlung induziert wird. Das Team kam zu dem Schluss, dass WDPE durch metastabile „Fallen“-Zustände an der Heterojunction-Grenzfläche verursacht wurde, die durch hochenergetische Ladungen erzeugt wurden. Diese Grenzflächenenergiefallen reduzierten die Ausgangsspannung erheblich, und als Ergebnis konnte Licht bestimmter Energien basierend auf der Spannung unterschieden werden. Diese Änderung könnte durch die Anwesenheit des Dampfes eines polaren Lösungsmittels verstärkt werden. „Während unsere Arbeit dazu beiträgt, die Grundlagenforschung voranzubringen, indem sie diesen neuartigen Effekt erklärt, hat die Forschung auch viele potenzielle Anwendungen, darunter als Dampfdetektor“, sagt Seniorautorin Akinori Saeki.

Das neu entdeckte Phänomen kann auf Lichtsensoren angewendet werden, die in allem von Mobiltelefonen über Autos bis hin zu Sicherheits- oder Gartenbausystemen verwendet werden. Es kann auch Teil von Bildgebungsanwendungen in medizinischen und anderen wissenschaftlichen Bereichen wie Weltraumsatelliten und Mikrofotografie sein. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner geringen Toxizität und niedrigen Produktionskosten auch als erneuerbare Energiequelle potenziell wünschenswert.

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Der Artikel „Beispiellose Wellenlängenabhängigkeit eines Antimon-Chalcohalogenid-Photovoltaik-Bauelements“ wurde in veröffentlicht Fortschrittliche Funktionsmaterialien bei DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202201577

Über die Universität Osaka

Die Universität Osaka wurde 1931 als eine der sieben kaiserlichen Universitäten Japans gegründet und ist heute eine der führenden Gesamtuniversitäten Japans mit einem breiten disziplinären Spektrum. Diese Stärke ist gepaart mit einem einzigartigen Innovationsdrang, der sich über den gesamten wissenschaftlichen Prozess erstreckt, von der Grundlagenforschung bis zur Schaffung angewandter Technologie mit positiven wirtschaftlichen Auswirkungen. Sein Engagement für Innovation wurde in Japan und auf der ganzen Welt anerkannt und wurde 2015 als Japans innovativste Universität (Reuters 2015 Top 100) und 2017 als eine der innovativsten Institutionen der Welt (Innovative Universities and the Nature Index Innovation 2017) ausgezeichnet. . Jetzt nutzt die Osaka University ihre Rolle als designierte nationale Universitätsgesellschaft, die vom Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie ausgewählt wurde, um zu Innovationen für das menschliche Wohlergehen, eine nachhaltige Entwicklung der Gesellschaft und sozialen Wandel beizutragen.

Website: https://resou.osaka-u.ac.jp/en


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