UD yn Datblygu Deunydd Cell Ffotofoltäig Cwantwm Newydd Gyda Chyfradd Amsugno Ffotofoltäig Cyfartalog o 80 y cant

Yn ôl adroddiadau cyfryngau tramor, yr Unol Daleithiau Lehigh University (Prifysgol Lehigh) ymchwilwyr mewn adroddiad ymchwil a gyhoeddwyd yn ddiweddar yn honni eu bod yn datblygu deunydd amsugno celloedd ffotofoltäig tenau-ffilm newydd, honnir y gyfradd amsugno ffotofoltäig cyfartalog y deunydd hwn yw 80%, ei effeithlonrwydd cwantwm allanol (EQE) o 190%.

Yr effeithlonrwydd cwantwm allanol (EQE) yw cymhareb nifer yr electronau a gesglir gan gell PV i nifer y ffotonau digwyddiad. Mae'n diffinio gallu cell PV i drosi ffotonau yn gerrynt trydanol. Dywedodd Chinedu Ekuma, un o brif awduron yr astudiaeth, mewn datganiad, "Mewn celloedd ffotofoltäig confensiynol, mae'r effeithlonrwydd cwantwm allanol uchaf (EQE yn 100 y cant, sy'n cynrychioli cynhyrchu a chasglu un electron ar gyfer pob ffoton sy'n cael ei amsugno o olau'r haul). ."

Mewn papur a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn Science Advances o'r enw "Cyflyrau band canolradd wedi'u tiwnio'n gemegol o ddeunyddiau cwantwm CuxGeSe/SnS o drwch atomig ar gyfer cymwysiadau ffotofoltäig," mae'r ymchwilwyr yn esbonio y gallai'r deunydd cwantwm newydd fod yn cyfateb yn ddelfrydol ar gyfer celloedd ffotofoltäig band canolraddol (IBSCs). .

Mae gan gelloedd ffotofoltäig o'r fath y potensial i fod yn fwy na therfyn Shockley-Quayser (terfyn SQ) - yr effeithlonrwydd damcaniaethol mwyaf y gellir ei gyflawni gan gell ffotofoltäig gyda chyffordd pn sengl. Mae'n cael ei gyfrifo drwy archwilio faint o ynni trydanol a dynnwyd o bob ffoton digwyddiad.

Mae'r ymchwilwyr yn esbonio: "Mae'r cynnydd cyflym yn effeithlonrwydd y deunydd hwn yn bennaf oherwydd ei 'wladwriaethau band canolradd' unigryw, lefelau egni penodol sydd wedi'u lleoli o fewn strwythur electronig y deunydd sy'n eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer trosi ffotofoltäig. Mae lefelau egni'r cyflyrau hyn o fewn y bwlch is-fand gorau posibl - yr ystod ynni y gall y deunydd amsugno golau'r haul yn effeithlon a chynhyrchu cludwyr gwefr."

Mae'r deunydd newydd yn ddeunydd van der Waals (vdW) dau ddimensiwn, sy'n golygu bod ganddo strwythur planar crisialog sy'n cael ei ddal at ei gilydd gan fondiau ïonig. Mae'n cynnwys heterostrwythur o germanium (Ge), seleniwm (Se) a sylffid tun (Sns) gydag atomau copr sero-falent (Cu) wedi'u gosod yn yr haenau deunydd.

Mae gan ddeunydd cwantwm CuxGeSe/SnS fwlch band egni canolraddol rhwng 0.78 eV a 1.26 eV. Gan fanteisio ar hyn, dyluniodd a modelwyd yr ymchwilwyr i efelychu cell ffotofoltäig ffilm denau gan ddefnyddio'r deunydd fel yr haen weithredol.

Yn y modelu hwn, mae'r gell PV yn defnyddio swbstrad indium tun ocsid (ITO), haen trafnidiaeth electron seiliedig ar sinc ocsid (ZnO) (ETL), haen amsugno CuxGeSe/SnS, a chysylltiadau aur (Au). Nododd yr iau ymchwil, "Yn ein dyluniad, mae trwchau lefel atomig GeSe a SnS yn cael eu pentyrru'n fertigol, gan gyfrannu at integreiddio'r strwythur hybrid yn hawdd trwy ryngweithiadau van der Waals."

Mae'r canlyniadau modelu yn dangos bod gan y gell PV hon effeithlonrwydd cwantwm allanol (EQE) o 110% ~ 190%. Canfu'r ymchwilwyr hefyd fod gweithgaredd optegol y gell ffotofoltäig yn cynyddu yn yr ystod donfedd o 600 nm i 1200 nm trwy fesur trwch yr amsugnwr.

Yn eu papur, daeth yr ymchwilwyr i'r casgliad, "Mae ymateb cyflym ac effeithlonrwydd cynyddol y deunydd hwn yn awgrymu'n gryf botensial GeSe / SnS wedi'i fewnosod â chopr fel deunydd cwantwm ar gyfer cymwysiadau ffotofoltäig datblygedig, gan ddarparu llwybr newydd ar gyfer gwella effeithlonrwydd trosi ffotofoltäig. "

Wrth edrych ymlaen, mae'r ymchwilwyr yn dweud bod angen iddynt gynnal ymchwil newydd i nodi ffordd ymarferol o wreiddio'r deunydd newydd hwn mewn celloedd PV. Fodd bynnag, maent hefyd yn nodi bod y technegau arbrofol a ddefnyddiwyd i wneud y deunyddiau hyn eisoes yn ddatblygedig iawn.