Darganfod cysyniad newydd mewn ffotofoltäig sy'n manteisio ar allu deunyddiau i fodoli mewn gwahanol gyfnodau crisialog

Mae tîm o ymchwilwyr o'r Ganolfan Ffiseg Integredig a Deunyddiau Ffotonig ym Mhrifysgol Technoleg Dresden a'r Ganolfan Electroneg Uwch yn Dresden wedi dangos cysyniad celloedd solar newydd sy'n manteisio ar allu deunyddiau i fodoli mewn gwahanol gyfnodau crisialog. Mae'r ymchwil cysylltiedig bellach wedi'i gyhoeddi yn y cyfnodolyn Nature Energy.

Pwrpas cell ffotofoltäig yw trosi golau'r haul yn drydan. Trwy amsugno golau'r haul, cynhyrchir parau o gludwyr gwefr, y mae angen eu cyfeirio wedyn i ochrau cyferbyn y deuod ffotofoltäig er mwyn cynhyrchu cerrynt trydan. Er mwyn hwyluso'r broses hon, mae'r rhan fwyaf o gelloedd solar yn cynnwys heterojunction sy'n darparu tirwedd ynni ffafriol i yrru'r gwahaniad tâl.

Er enghraifft, mae celloedd solar silicon yn ffurfio heterojunctions trwy ddopio'n drydanol bob ochr i'r ddyfais, gan arwain at gyffordd pn. Mae celloedd solar organig, ar y llaw arall, yn dibynnu ar gymysgu gwahanol fathau o ddeunyddiau (rhoddwr a derbynnydd) i ffurfio heterojunctions swmp. Fodd bynnag, nid yw'r cysyniadau hyn fel arfer yn berthnasol i ddosbarthiadau sy'n dod i'r amlwg o ddeunyddiau ffotofoltäig newydd.

Mae tîm ymchwil y prosiect bellach wedi dangos cysyniad newydd ar gyfer ffurfio heterojunctions ffotofoltäig. Er mwyn gwneud hyn, mae'r ymchwilwyr wedi manteisio ar y ffaith y gall deunyddiau fodoli'n aml mewn gwahanol ffurfiau strwythurol, a elwir yn gyfnodau crisialog.

Mae'r ffenomen hon, a elwir yn polymorphism, yn golygu y gall yr un deunydd arddangos gwahanol briodweddau yn dibynnu ar drefniant penodol atomau a moleciwlau yn ei strwythur. Trwy gysylltu dau gam crisialog o'r un deunydd, mae'r ymchwilwyr wedi dangos am y tro cyntaf ffurfio cell solar heterojunction. Yn benodol, dewisodd yr ymchwilwyr chalcogenid plwm cesiwm ïodid - deunydd amsugno celloedd solar effeithlon yn y cyfnodau beta a gama - ar gyfer eu cysyniad newydd.

Esboniodd yr ymchwilwyr, "Mae priodweddau optegol ac electronig ïodid plwm cesiwm yn y cyfnodau a'r cyfnodau yn wahanol i'w gilydd, a thrwy osod chalcogenide ar ben chalcogenid, roeddem yn gallu creu cell solar heterojunction cam sy'n sylweddol fwy effeithlon na solar. celloedd sy'n seiliedig ar chalcogenid un cyfnod." Yn eu hastudiaeth, dangosodd yr ymchwilwyr fod haen uchaf y cyfnod yn effeithio ar berfformiad y gell solar mewn nifer o ffyrdd.

Dangosodd dadansoddiad sbectrosgopig uwch fod y perfformiad gwell yn gysylltiedig â mwy o amsugno golau a ffurfio aliniad ynni ffafriol rhwng y ddau gam, dywedodd yr ymchwilwyr.

Yn bwysig, cadarnhaodd yr ymchwilwyr fod yr heterojunction cam yn aros yn sefydlog yn ystod gweithrediad celloedd solar a hyd yn oed atal mudo ïon yn yr amsugnwr celloedd solar, gan ddatrys problem gyffredin gyda deunyddiau chalcogenide.

Er mwyn gwireddu'r cysyniad heterojunction cam, defnyddiodd yr ymchwilwyr ddwy broses saernïo wahanol ar gyfer yr haenau uchaf a gwaelod. Dywed yr ymchwilwyr eu bod yn gobeithio y bydd y cysyniad newydd hwn, ynghyd â llwybr saernïo syml ar gyfer heterojunctions cyfnod, hefyd yn berthnasol i ystod eang o systemau deunydd mewn ystod o ddyfeisiau electronig ac optoelectroneg.

Gan fod llawer o ddosbarthiadau lled-ddargludyddion yn arddangos polymorffedd, gallai'r cysyniad hwn baratoi'r ffordd ar gyfer cymwysiadau cwbl newydd yn seiliedig ar heterojunctions cyfnod, y gellir eu gwneud o un deunydd gan ddefnyddio proses saernïo syml a rhad.