Ett team ledd av RIKEN-forskare har undersökt hur speciella kristaller omvandlar ljus till elektricitet. Deras resultat kommer att hjälpa till att informera ansträngningar för att förbättra deras effektivitet, vilket kan leda till att kristallerna används i solceller. Studien är publicerad i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .
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 fotovoltaisk effekt har också väckt uppmärksamhet - bulk solcellseffekten, 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.
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 spridning.
Material som kallas organiska-oorganiska hybridperovskiter (OIHP) har stor potential för att göra optoelektroniska enheter. Massfotovoltaiska effekten i OIHP har i allmänhet tillskrivits den gamla makroskopiska polarisationsmekanismen.
"Inbyggda elektriska fält i material har ofta ansetts vara ursprunget till den bulkfotovoltaiska effekten i OIHPs, 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 opolär 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."
Mer information: Taishi Noma et al, Bulk Photovoltaic Effect Along the Nonpolar Axis in Organic-Inorganic Hybrid Perovskites, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202309055
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av RIKEN
