Новый способ получения солнечной энергии с помощью твёрдого фотогальваника

Автор: Mega
Просмотров: 3797
Комментариев: 0
Категория: Открытия
Дата: 2-04-2010, 09:13
Новый способ получения солнечной энергии с помощью твёрдого фотогальваника
Исследователи с Лаборатория Беркли нашли новый механизм, который при фотоэлектрических эффектах может иметь место в полупроводниковых тонких пленках. Этот новый маршрут с производством энергии преодолевает ограничения напряжения запрещенной зоны.

Работа с феррита висмута, керамика из висмута, железа и кислорода, которые мультиферроика - то есть она одновременно отображает как сегнетоэлектрических и ферромагнитные свойства - ученые обнаружили, что ФВЭ могут спонтанно возникать в наномасштабе в результате керамической в ромбоэдрически искаженной кристаллической структурой. Кроме того, они показали, что применение электрического поля позволяет манипулировать этой кристаллической структуры и таким образом, контролировать фотоэлектрических свойств.
Исследователи с Лаборатория Беркли нашли новый механизм, который при фотоэлектрических эффектах может иметь место в полупроводниковых тонких пленках. Этот новый маршрут с производством энергии преодолевает ограничения напряжения запрещенной зоны.

Работа с феррита висмута, керамика из висмута, железа и кислорода, которые мультиферроика - то есть она одновременно отображает как сегнетоэлектрических и ферромагнитные свойства - ученые обнаружили, что ФВЭ могут спонтанно возникать в наномасштабе в результате керамической в ромбоэдрически искаженной кристаллической структурой. Кроме того, они показали, что применение электрического поля позволяет манипулировать этой кристаллической структуры и таким образом, контролировать фотоэлектрических свойств.
"Мы взволнованы, чтобы найти функции, которые не наблюдались ранее в наномасштабе в мультиферроика материала", сказал Ян Зайдель, физик, проводит совместные встречи с Материалы Лаборатории Беркли наук дивизии и Калифорнийского университета в Беркли, физический факультет. "Мы сейчас работаем над переводом этого понятия к более высокой эффективности энергии исследований, связанных устройств".
Зайделя является одним из ведущих авторов статьи в журнале Нанотехнологии природы , описывающая эту работу под названием "Выше запрещенной зоны напряжения из сегнетоэлектрических фотоэлектрических устройств". Соавторство работе с Зейделя были Сын Yeul Янг, Стивен Бернс, Padraic Шафер, Чан-Хо Янг, Марта Россель, Pu Ю Ин Хао-Чу, Джеймс Скотт, Joel Агер, Lane Мартин и Ramamoorthy Ramesh.
В основе обычных твердотельных солнечных батарей является р-перехода, взаимодействие между слоя полупроводника с обилием положительно заряженных "дырок", а слой с обилием отрицательно заряженных электронов. Когда фотоны от Солнца поглощаются, их энергия создает пары электрон-дырка, которые могут быть отделены в пределах "зоны разрушения", микроскопической области на р узел измерения всего несколько микрометров в поперечнике, то собрал, как электричество. Для осуществления этого процесса происходит, однако, фотоны должны проникнуть в материал к истощению зоны, и их энергия должна точно соответствовать энергии электронного полупроводника запрещенной зоны - разрыв между валентной зоной и полосы проводимости энергии, где нет электронных состояний может существует.
"Максимальное напряжение обычных твердотельных фотоэлектрических устройств может производить равна энергии их электронной запрещенной зоны", Зейделя говорит. "Даже на так называемый тандем-клетки, в результате которого несколько переходов р полупроводниковых штабелировании фотонапряжения по-прежнему ограничен из-за конечной глубины проникновения света в материал".
Работа через Helios Беркли солнечной энергии Лаборатории научно-исследовательский центр, Зейделя и его коллеги обнаружили, что, применяя белый свет феррита висмута, материал, который является одновременно сегнетоэлектрических и антиферромагнитных, они могут генерировать фотонапряжения в субмикроскопической области от одного до двух нанометров. Эти фотонапряжения были значительно выше по сравнению с электронными запрещенной зоны феррита висмута в.
"Запрещенной зоны энергия феррита висмута, что эквивалентно 2,7 вольт. Из наших измерений мы знаем, что с нашими механизма можно получить около 16 вольт на расстояние в 200 микрон. Кроме того, это напряжение в принципе линейной масштабируемости, а это означает, что более крупные расстояния должна привести к повышению напряжения ".
За этим новым механизмом генерации фотоэдс доменных стенок - двумерные листы, которые проходят через мультиферроика и выступать в качестве переходной зоне, разделяющей области различных ферромагнитных и сегнетоэлектрических свойств. В своем исследовании, Зейделя и его коллеги обнаружили, что эти доменные стенки могут служить тот же электронно-дырочной целью разделения зон, как истощение только явные преимущества.
"Гораздо меньших масштабах этих доменных стенок позволяет очень многие из них для штабелирования латерально (сбоку) и все еще быть достигнуто на свет," Зайдель говорит. "Это, в свою очередь, позволяет увеличить фотоэдс значения намного выше электронных запрещенной зоны материала.
Фотоэлектрических эффект возникает потому, что в доменных стенок направления поляризации висмута изменения феррита, что приводит к шагов в электростатического потенциала. В рамках процедуры отжига подложки, на которой феррита висмута, вырастет, ромбоэдрических кристаллов материал может быть привлечен к форме доменных стенок, которые меняют направление электрического поля поляризации либо 71, 109 или 180 градусов. Зейделя и его коллеги измеряли фотонапряжения создан 71 и 109 стенами степени домена.
"71 стен степени домена показал однонаправленной в плоскости поляризации согласования и производства унифицированных серий потенциальные шаги напряжения", Зейделя говорит. "Несмотря на то потенциальным шагом в 109 степени домен был выше, чем 71 градус домена, он показал два варианта в плоскости поляризации, которые бежали в разные стороны".
Зейделя и его коллеги также могут использовать 200 вольт электрического импульса либо обратной полярности ФВЭ или выключить его совсем. Такая управляемость ФВЭ никогда не были зарегистрированы в обычных фотоэлектрических систем, и это открывает путь для новых приложений в области нано-оптики и нано-электроники.
"Пока мы еще не показали этих возможных новых приложений и устройств, мы считаем, что наши исследования будут стимулировать понятия и мысли, что на основе этого нового направления для фотоэлектрических эффект", говорит Зейделя.

Научно-популярное онлайн издание "Меганаука"