Ett nytt ultrasnabbt mikroskop har avslöjat de vägar som elektroner tar in i solceller, vilket belyser hur man kan förbättra deras effektivitet.
Mikroskopet, utvecklat av forskare vid University of California, Berkeley, kan spåra elektronernas rörelse i realtid, med en upplösning på bara några femtosekunder (kvadrilliondelar av en sekund). Detta gjorde det möjligt för forskarna att se hur elektroner rör sig genom de olika skikten i en solcell, och hur de påverkas av defekter och föroreningar.
Fynden kan hjälpa till att förbättra effektiviteten hos solceller, som för närvarande begränsas av det faktum att många av de elektroner som genereras av solljus går förlorade innan de kan omvandlas till elektricitet. Genom att förstå hur elektroner rör sig genom solceller kan forskare designa nya material och strukturer som gör att fler elektroner kan samlas in.
"Detta är ett stort genombrott i vår förståelse av hur solceller fungerar", säger studiens huvudförfattare Dr Jeffrey Bokor. "Genom att kunna spåra elektronernas rörelse i realtid kan vi nu se hur de påverkas av de olika material och strukturer som används i solceller. Denna kunskap kommer att göra det möjligt för oss att designa mer effektiva solceller som kan omvandla mer solljus till elektricitet."
Forskningen publicerades i tidskriften Nature Photonics.
Det ultrasnabba mikroskopet använder en teknik som kallas tidsupplöst fotoemissionsspektroskopi för att spåra elektronernas rörelse. I denna teknik används en ljuspuls för att excitera elektroner i solcellen, och sedan används en andra ljuspuls för att undersöka energin och rörelsemängden hos de exciterade elektronerna. Genom att mäta tidsskillnaden mellan de två pulserna kan forskarna bestämma elektronernas hastighet.
Mikroskopet kan också användas för att kartlägga den rumsliga fördelningen av elektronerna. Detta görs genom att skanna laserstrålen över solcellen och mäta fotoemissionssignalen vid varje punkt. Den resulterande bilden visar platsen för elektronerna i solcellen, vilket kan hjälpa till att identifiera defekter och föroreningar som kan påverka cellens effektivitet.
Det ultrasnabba mikroskopet är ett kraftfullt verktyg som hjälper forskare att förbättra effektiviteten hos solceller. Genom att förstå hur elektroner rör sig genom solceller kan forskare designa nya material och strukturer som gör att fler elektroner kan samlas in och omvandlas till elektricitet. Detta kommer att göra solceller mer överkomliga och effektiva, och bidra till att påskynda övergången till en ren energiframtid.
