使太阳能电池和光传感技术更加高效

2019-10-10 10:30:38

通过利用由于其结构的变形和缺陷而产生的异常特性,可以使太阳能电池和光传感技术更加高效。华威大学物理系的研究人员发现,太阳能电池中的应变梯度(即不均匀应变)是通过物理力或在制造过程中诱发的,可以防止光激发载流子重新结合,从而增强太阳能转换效率。他们的实验结果已发表在《自然通讯》上。

科学家团队使用在LaAlO3衬底上生长的BiFeO3外延薄膜,通过检查应变梯度如何影响其分离光激发载流子的能力,来确定不均匀变形对薄膜将光转换为电的能力的影响。

大多数商用太阳能电池由两层组成,这两层在其边界处形成两种半导体之间的结,p型带正电荷载流子(电子空位),n型带负电荷载流子(电子)。当吸收光时,两个半导体的结会维持一个内部电场,将光激发载流子沿相反方向分裂,从而在结处产生电流和电压。没有这样的结,就无法收集能量,光激发的载流子将迅速地重新结合而消除任何电荷。

他们发现,应变梯度可以通过分离光激发的电子空穴来帮助防止复合,从而提高了太阳能电池的转换效率。BiFeO3 / LaAlO3膜还表现出一些有趣的光电效应,例如持久的光电导性(提高的电导率)。它在紫外线传感器,执行器和换能器中具有潜在的应用。

华威大学的杨明敏博士说:“这项工作证明了应变梯度在介导局部光电特性方面的关键作用,这在很大程度上以前是被忽略的。通过利用光电技术来利用应变梯度,我们有可能增加转化率。提高太阳能电池的效率并增强光传感器的灵敏度。

“要考虑的另一个因素是多晶太阳能电池中的晶界。通常,缺陷会在晶界处积聚,这会引起光载流子复合,从而限制了效率。但是,在某些多晶太阳能电池(例如CdTe太阳能电池)中,晶界会促进光电载流子的聚集,而巨大的应变梯度可能起着重要的作用,因此在研究太阳能电池和光传感器材料的结构-特性关系时,必须注意局部应变梯度。 ”

以前,这种菌株对效率的影响被认为可以忽略不计。随着技术的日益小型化,应变梯度的影响在较小的尺寸下变得更大。因此,在减小使用这些薄膜之一的器件的尺寸时,应变梯度的大小会急剧增加。

杨博士补充说:“应变梯度引起的效应,例如柔韧性光伏效应,离子迁移等,在低尺寸时将变得越来越重要。”

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