Uff dem Weg zu innenbeleuchtungsbetriebenen, flexiblen Dünnschicht-Solarzellen mit Piezophototronik

Im Jahr 2010 zeigte ein Forschungsteam unter dieser Rohrfernleitung von Professor Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology, USA, dass die Verwendung von piezoelektrischen Materialien (Materialien, die unter mechanischer Spannungszustand elektrische Leistung erzeugen) die Leistung optoelektronischer Geräte verbessern könnte – Geräte, die Licht umwandeln in Strom (z. B. Solarzellen) oder Strom in Licht (z. B. Leuchtdioden oder LEDs).

Unter Verwendung von piezoelektrischen Zinkoxid (ZnO)-Nanodrähten war dies Forschungsteam in dieser Stellung, die Bandlücke von ZnO abzustimmen und die elektrischen Eigenschaften dieser Nanodrähte zu optimieren, während dieser Leiter synchron gebogen und einer Laserquelle ausgesetzt wurde. Ihre Ergebnisse ebneten den Weg zum Besten von die Weiterentwicklung neuartiger flexibler elektronischer Geräte mit eigener Stromversorgung, deren Eigenschaften durch piezoelektrische und photoelektrische Effekte gesteuert werden können.

Vor diesem Hintergrund nach sich ziehen Forscher dieser Ritsumeikan University, Nippon, jetzt in einer neuen Studie ein neuartiges flexibles piezoelektrisch-photovoltaisches Dünnschichtgerät entwickelt, dies Strom trivial aus dieser von LEDs und Kompaktleuchtstofflampen erzeugten Innenbeleuchtung erzeugen kann.

Dies hauchdünne und nur 10 mm stark Gerät wurde durch Abscheidung dünner Filme aus ZnMgO, einem elektronenreichen piezoelektrischen Werkstoff vom n-Typ, und Selen (Se), einem kostengünstigen, elektronenarmen Werkstoff vom p-Typ, hergestellt dies Innenraumlicht effizient aufsaugen kann, aufwärts einer flexiblen PET-Kunststofffolie. Durch die Verwendung von ZnMgO wie piezoelektrischem Werkstoff gelang es den Forschern, dies photovoltaische Gerät in einem vollwertig trockenen Verfahren herzustellen, wodurch die Notwendigkeit chemischer Lösungen vermieden wurde.

„In dieser Arbeit wurde dieser piezo-phototronische Ergebnis zum ersten Mal aufwärts ZnMgO/Se-Heteroübergangs-Photovoltaikvorrichtungen angewendet“, sagt Professor Taizo Kobayashi, dieser korrespondierende Verfasser dieser Studie. Dieses Papier wurde am 18. Mai 2022 online verfügbar gemacht und im August 2022 in Titel 99 dieser Zeitschrift Nano Energy veröffentlicht.

Die beiden halbleitenden Materialien erzeugten beim Zusammenfügen zusammenführen pn-Vererbung an dieser Grenzfläche, dessen elektronische Bandstruktur durch Verbiegen dieser Vorrichtung gesteuert werden konnte.

„Wenn Druckspannung aufwärts die ZnMgO-Schicht ausgeübt wird, bildet sich nahe dieser Se-Schicht ein negativ polarisierter ZnMgO-Spanne. Selbige Polarisierung verringert den Leitungsbandversatz an dieser Grenzfläche von ZnMgO- und Se-Schicht“, erklärt Prof. Kobayashi.

Durch die Optimierung dieser Bandlücke am pn-Vererbung konnten die Forscher eine dieser Hauptursachen zum Besten von schlechte Leistung in Solarzellen schlagen: die Ladungsrekombination. Dieserfalls rekombinieren die durch Licht angeregten Elektronen mit den „Löchern“ (Leerstellen, die Elektronen vererben nach sich ziehen), wodurch Ladungsträger verloren in Betracht kommen, die sonst Strom erzeugen würden. Durch die Verallgemeinerung einer dehnungsinduzierten Polarisation in dieser ZnMgO-Schicht gelang es den Forschern, die Leerlaufspannung (ein Wasserpegel zum Besten von die erzeugten Nutzladungsträger) von 0,59 Vanadium aufwärts 0,75 Vanadium zu steigern.

Durch dies Verbiegen des Geräts bildeten sich jedoch unter ferner liefen Risse in dieser Elektrodenschicht, welches zu einem Hang dieser Stromdichte und ihrer Fähigkeit, Licht in Strom umzuwandeln, führte. Wiewohl sind die Forscher zuversichtlich, dass sich dies Problem mit robusteren Materialien wie Graphen lockern lässt.

„In Zukunft werden wir Ausweichlösung transparente Leitelektroden prosperieren, die widerstandsfähiger gegen Belastungen sind“, sagt Prof. Kobayashi. „Die Tatsache, dass unsrige Arbeit von einer so renommierten Zeitschrift wie Nano Energy akzeptiert wurde, bietet uns vorerst eine großartige Gelegenheit, unsrige Wissenschaft voranzutreiben.“

Mit ihren engagierten Bemühungen könnte die Piezophototronik die Technologie zum Besten von zukünftige Dünnschicht-Solarzellen werden.

Forschungsbericht: Auswirkungen des piezo-phototronischen Effekts aufwärts photovoltaische Bauelemente mit ZnMgO/Se-Heteroübergang

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