Bizmut sülfür, ışığı güçlü soğururken yük kaybını yavaşlatıyor
Bizmut sülfür, birbirine yakın doğrudan ve dolaylı elektronik geçişlerle birlikte ışığı güçlü soğururken elektronlarla boşlukların yeniden birleşmesini yavaşlatıyor. Hakemli deney ve modelleme çalışmasında bu yapı, ince filmler ve çok hızlı ölçümlerle incelendi. Düşük enerjili durumlar yükler için geçici bir havuz sağlıyor. Sonuç güneş enerjisi dönüşümünde malzeme tasarımı için bir yol sunuyor; tamamlanmış güneş hücresinde performansın gösterilmesi ise ek çalışma gerektiriyor.
Bilim··Akşam
Yakın geçişler soğurmayı koruyup birleşmeyi geciktiriyor
Oxford ve Wuhan üniversitelerinden araştırmacılar, bizmut sülfürde ışığın güçlü soğurulmasıyla uyarılmış yüklerin daha yavaş kaybolmasını bir araya getiren bir elektronik yapı belirledi. Hakemli çalışmada yarı iletken ince filmler, deneyler ve elektronik yapı hesaplamalarıyla incelendi. Malzeme ışığı soğurduğunda elektronlar enerji kazanıyor; geride pozitif yüklü boşluklar kalıyor. Güneş hücresinin bu yükleri, elektronlarla boşluklar yeniden birleşmeden önce toplaması gerekiyor. Güçlü soğurucular genellikle güçlü ışık yayıcıları da olduğu için istenen soğurma özelliği hızlı yük kaybıyla bağlantılı. Bizmut sülfürde düşük enerjili dolaylı geçişin hemen üzerinde güçlü bir doğrudan geçiş bulunuyor. Araştırmacılar bu karma düzeni sözde doğrudan bant aralığı olarak adlandırıyor. Böylece soğurma ile yüklerin korunması arasındaki denge, doğrudan geçişin tek başına belirleyici olduğu yarı iletkenlerden farklılaşıyor. İncelenen özellik, güneş ışığıyla oluşturulan yüklerin malzeme içinde ne kadar süre kalabildiğiyle ilgili.[1], [2]
Soğutma, yükleri düşük enerjili havuza yöneltiyor
Ekip, ince filmleri çok kısa lazer atımlarıyla uyardı ve yük kaybını çok hızlı terahertz tayfölçümüyle izledi. Ölçümler oda sıcaklığından mutlak sıfırın hemen üzerine kadar uzandı. Hesaplamalar, güçlü soğurma yolunun biraz altında daha zayıf, dolaylı bir geçiş yolu bulunduğunu gösterdi. Yükler düşük enerjili durumlara geçerek burada geçici olarak birikebiliyor. Yakındaki doğrudan durumlar üzerinden soğurma güçlü kalırken bu havuz, yüklerin yeniden birleşmesini geciktiriyor. Malzeme soğutulduğunda havuzdaki yüklerin payı arttı; deneylerde yeniden birleşmenin yavaşladığı ölçüldü. Oxford'daki deneyleri Laura Herz yönetti. Marina Filip'in grubu elektronik yapıyı hesapladı; Wuhan Üniversitesinden Qianqian Lin'in ekibi filmleri hazırladı. Sıcaklık değiştikçe gözlenen yük davranışı, önerilen bant yapısıyla deneysel sonuçların ilişkilendirilmesini sağladı. Böylece geçici yük birikimi, yalnızca soğurma ölçümüne dayanan bir varsayım olmaktan çıkarılıp yük kaybının zaman içindeki seyriyle birlikte incelendi.[1], [2]
Model, yük ömrünü uzatabilecek yolu sayısallaştırıyor
Bu geçişler arasında yaklaşık 40 milielektronvoltluk ayrım için model, oda sıcaklığında iki parçacıklı yeniden birleşmenin yaklaşık yüzde 75 baskılanacağını hesapladı. Bu oran, tamamlanmış bir güneş hücresinde ölçülen verim artışını değil, yük kaybı hızındaki değişimi anlatıyor. Daha uzun yaşayan yükler, güneş hücresinde toplanmak için ek zaman sağlayabilir. Güneş ışığını yakıta dönüştüren tepkimeler de yüklerin daha uzun süre korunmasından yararlanabilir. Ancak düşük enerjili dolaylı durumlara geçiş küçük bir enerji kaybı da getiriyor; bu nedenle bantlar arasındaki ayrım tasarımın bir parçası. Benzer özellikler için malzeme veri tabanlarının taranması ve katmanlı kristallerin gerilerek elektronik yapılarının ayarlanması öneriliyor. Uygulamadaki aygıtlar, kusurlardan, yük taşınmasından ve hücrenin yapısından da etkilenecek. Deneysel sonuç, ince film ölçümleri ve modellemeyle desteklenen bir malzeme mekanizmasıyla sınırlı.[1], [2]
