SbSI e SbSI:Sb2 S3 dispositivi fotovoltaici. Credito:Ryosuke Nishikubo
Gli scienziati dell'Istituto per le iniziative di ricerca aperte e transdisciplinari dell'Università di Osaka hanno scoperto una nuova caratteristica delle celle solari realizzate con sulfioduro di antimonio:composito di solfuro, che hanno definito effetto fotovoltaico dipendente dalla lunghezza d'onda (WDPE). Il team ha determinato che la modifica del colore della luce incidente da visibile a ultravioletta ha indotto un cambiamento reversibile nella tensione di uscita, lasciando invariata la corrente generata. Questo lavoro può portare a nuovi dispositivi di rilevamento della luce e di imaging funzionali.
I dispositivi fotovoltaici (PV), come celle solari e fotodiodi, che convertono l'energia luminosa in energia elettronica sono importanti come fonti di energia rinnovabile o come sensori di luce/immagine. I recenti progressi nei dispositivi fotovoltaici a film sottile hanno attirato molta attenzione grazie al loro processo a basso costo, alla flessibilità e alla leggerezza. Tuttavia, sebbene finora siano stati segnalati vari dispositivi fotovoltaici, in precedenza non sono state osservate risposte reversibili e veloci dipendenti dalla lunghezza d'onda. Per distinguere tra i colori di irradiazione utilizzando un singolo fotodiodo, è necessario utilizzare un filtro a cristalli liquidi in grado di commutare elettronicamente la gamma di colori di assorbimento. Tuttavia, questi filtri sono ingombranti; poter eseguire il rilevamento del colore senza richiedere tali filtri sarebbe utile per ridurre al minimo le dimensioni dei dispositivi fotovoltaici.
Ora, un team di ricercatori dell'Università di Osaka ha costruito nuovi dispositivi fotovoltaici realizzati con sulfioduro di antimonio:composito di solfuro e ha scoperto un nuovo effetto. La tensione generata potrebbe essere modificata commutando il colore della luce, in cui l'ultravioletto ha ridotto la tensione di uscita. Cioè, una variazione reversibile nelle curve corrente rispetto a tensione potrebbe essere ottenuta semplicemente illuminando diversi colori di luce sul dispositivo. "Non si osserva un cambiamento di tensione così drammatico nel silicio, nelle perovskiti o nelle celle solari organiche", spiega il primo autore Ryosuke Nishikubo.
Struttura del dispositivo (a sinistra) e schema delle caratteristiche della densità di corrente (JV). Questa figura è riprodotta dalla carta originale (Figura 1a). Credito:Ryosuke Nishikubo
Per comprendere meglio il meccanismo alla base di questo effetto, gli scienziati hanno quindi eseguito la fototensione transitoria (TPV) e l'estrazione di carica fotoindotta aumentando linearmente la tensione (foto-CELIV). Questi esperimenti hanno contribuito a chiarire il cambiamento drammatico e reversibile nella durata del vettore di carica indotto dall'irradiazione ultravioletta.
Il team ha concluso che il WDPE è stato causato da stati di "trappola" metastabili all'interfaccia di eterogiunzione, generati da cariche ad alta energia. Queste trappole di energia interfacciali hanno ridotto significativamente la tensione di uscita e, di conseguenza, è possibile distinguere la luce di determinate energie in base alla tensione. Questo cambiamento potrebbe essere accresciuto dalla presenza del vapore di un solvente polare. "Sebbene il nostro lavoro aiuti a far progredire la scienza di base spiegando questo nuovo effetto, la ricerca ha anche molte potenziali applicazioni, incluso come rilevatore di vapore", afferma l'autore senior Akinori Saeki.
JV caratteristiche di un dispositivo fotovoltaico SbSI:Sb2S3 sotto l'irradiazione simultanea di luce ultravioletta (UV) e visibile (VIS) con rapporti di intensità variabili. Questa figura è riprodotta dalla carta originale (Figura 2e). Credito:Ryosuke Nishikubo et al., Materiali funzionali avanzati , CC DI
Il fenomeno appena scoperto può essere applicato al rilevamento della luce utilizzato in qualsiasi cosa, dai telefoni cellulari alle automobili, ai sistemi di sicurezza o orticoli. Può anche far parte di applicazioni di imaging in ambito medico e scientifico, come i satelliti spaziali e la microfotografia. Inoltre, è anche potenzialmente desiderabile come fonte di energia rinnovabile, a causa della sua bassa tossicità e dei bassi costi di produzione.
La loro ricerca è stata pubblicata in Materiali funzionali avanzati . + Esplora ulteriormente
