SbSI och SbSI:Sb2 S3 fotovoltaiska apparater. Kredit:Ryosuke Nishikubo
Forskare från Institutet för öppna och transdisciplinära forskningsinitiativ vid Osaka University upptäckte en ny egenskap hos solceller gjorda av antimonsulfiodid:sulfidkomposit, som de kallade den våglängdsberoende fotovoltaiska effekten (WDPE). Teamet fastställde att förändring av färgen på infallande ljus från synligt till ultraviolett inducerade en reversibel förändring i utspänningen, samtidigt som den genererade strömmen lämnades oförändrad. Detta arbete kan leda till nya funktionella ljusavkännings- och bildenheter.
Fotovoltaiska enheter (PV) - som solceller och fotodioder - som omvandlar ljusenergi till elektronisk kraft är viktiga som förnybara energikällor eller som ljus-/bildsensorer. De senaste framstegen inom tunnfilms PV-enheter har väckt stor uppmärksamhet på grund av deras lågkostnadsprocess, flexibilitet och låga vikt. Men även om olika PV-enheter har rapporterats hittills, har reversibla och snabba våglängdsberoende svar inte observerats tidigare. För att skilja mellan bestrålningsfärger med en enda fotodiod måste ett flytande kristallfilter användas som elektroniskt kan växla absorptionsfärgområdet. Dessa filter är dock skrymmande; att kunna utföra färgdetektering utan att behöva sådana filter skulle vara användbart för att minimera storleken på solceller.
Nu har ett team av forskare vid Osaka University byggt nya fotovoltaiska enheter gjorda av antimonsulfiodid:sulfidkomposit och hittat en ny effekt. Den genererade spänningen kunde ändras genom att byta ljusfärg, där ultraviolett minskade utspänningen. Det vill säga en reversibel förändring av ström- kontra spänningskurvorna skulle kunna erhållas helt enkelt genom att lysa olika färger av ljus på enheten. "En sådan dramatisk spänningsförändring observeras inte i kisel, perovskiter eller organiska solceller", förklarar första författaren Ryosuke Nishikubo.
Enhetens struktur (vänster) och schematisk över strömdensitet-spänning (JV) egenskaper. Denna figur är återgiven från originalpapperet (Figur 1a). Kredit:Ryosuke Nishikubo
För att bättre förstå mekanismen bakom denna effekt utförde forskarna sedan transient photovoltage (TPV) och fotoinducerad laddningsextraktion genom linjärt ökande spänning (photo-CELIV). Dessa experiment hjälpte till att klargöra den dramatiska och reversibla förändringen i laddningsbärarens livslängd inducerad av ultraviolett bestrålning.
Teamet drog slutsatsen att WDPE orsakades av metastabila "fälla" tillstånd vid heterojunction-gränssnittet, genererade av höga energiladdningar. Dessa gränssnittsenergifällor reducerade avsevärt utspänningen, och som ett resultat kunde ljus av vissa energier särskiljas baserat på spänningen. Denna förändring kan förstärkas av närvaron av ångan från ett polärt lösningsmedel. "Medan vårt arbete hjälper till att främja grundläggande vetenskap genom att förklara denna nya effekt, har forskningen också många potentiella tillämpningar, inklusive som en ångdetektor", säger seniorförfattaren Akinori Saeki.
JV-egenskaper hos en SbSI:Sb2S3 fotovoltaisk enhet under samtidig bestrålning av ultraviolett (UV) och synligt (VIS) ljus med varierande intensitetsförhållanden. Denna figur är återgiven från originalpapperet (Figur 2e). Kredit:Ryosuke Nishikubo et al., Avancerade funktionella material , CC BY
Det nyupptäckta fenomenet kan tillämpas på ljusavkänning som används i allt från mobiltelefoner till bilar, till säkerhets- eller trädgårdssystem. Det kan också vara en del av avbildningstillämpningar inom medicinska och andra vetenskapliga sysselsättningar, såsom rymdsatelliter och mikrofotografering. Dessutom är det också potentiellt önskvärt som en förnybar energikälla på grund av dess låga toxicitet och låga produktionskostnad.
Deras forskning publicerades i Advanced Functional Materials . + Utforska vidare
