APL: Исследователи изучают фотоэлектрический феномен в перспективном материале

Необычный фотовольтаический эффект, BPV, в селениде индия впервые экспериментально продемонстрировали ученые из Японии. Это явление может позволить некоторым материалам превзойти традиционные p-n-переходы, используемые в солнечных батареях.

Эффективность преобразования, зарегистрированная в устройстве на основе селенида индия, свидетельствует о прогрессе в области будущих технологий солнечных элементов и фотосенсоров.

В основе проектирования и разработки солнечных элементов лежит понимание фотоэлектрического эффекта — способности преобразовывать свет в электрическую энергию.

В большинстве современных солнечных элементах используются p-n-переходы, которые работают на основе фотоэлектрического эффекта. Но такие конструкции ограничены пределом Шокли-Квиссера: он устанавливает жесткий лимит на теоретическую максимальную эффективность преобразования солнечной энергии и требует искать компромисс между напряжением и током, которые можно получить с помощью фотоэффекта.

Некоторые кристаллические материалы обладают эффектом объемной фотовольтаики (BPV). В материалах без внутренней симметрии электроны, возбужденные светом, могут двигаться в определенном направлении. Это вызывает «токи смещения» и приводит к BPV-эффекту.

Хотя специалисты предполагали, что альфа-фазный селенид индия (α-In₂Se₃) может демонстрировать этот эффект, он еще не был исследован экспериментально.

Исследователи из Японии во главе с доцентом Нориюки Ураками из Университета Синсю изучали эффект BPV в веществе α-In₂Se₃.

Результаты исследования опубликованы в Applied Physics Letters.

Этот материал стал горячей темой в физике конденсированных сред, поскольку он может генерировать ток смещения.

Мы первыми экспериментально это доказали, — говорит профессор Ураками.

Сначала мы создали многослойное устройство: тонкий слой α-In₂Se₃ поместили между двумя прозрачными графитовыми слоями. Они служили электродами и были подключены к источнику напряжения и амперметру для измерения тока при облучении светом. Мы выбрали такое расположение слоев, потому что сосредоточились на токах смещения, возникающих в слое α-In₂Se₃ вне плоскости.

Исследователи провели испытания с различными внешними напряжениями и падающим светом различной частоты. Они подтвердили существование сдвиговых токов во внеплоскостном направлении, что соответствовало предсказаниям.

Эффект BPV проявлялся в широком диапазоне частот света. Исследователи оценили потенциал эффекта BPV в α-In₂Se₃ и сравнили его с эффектом в других материалах.

Профессор Ураками отмечает, что устройство на основе α-In₂Se₃ продемонстрировало квантовую эффективность на несколько порядков выше, чем у других ферроэлектрических материалов.

По эффективности оно сопоставимо с низкоразмерными материалами с усиленной электрической поляризацией. Это открытие поможет выбрать материал для разработки функциональных фотоэлектрических устройств.

Исследовательская группа надеется, что их работа принесет пользу окружающей среде и будет способствовать развитию возобновляемой энергетики.

Профессор Ураками уверен, что результаты исследования помогут ускорить распространение солнечных батарей. Это перспективное направление для создания общества с нулевым выбросом углекислого газа.

Мы рассчитываем, что это исследование поможет в дальнейших работах по использованию эффекта BVP. Наша цель — значительно улучшить производительность солнечных батарей и дизайн чувствительных фотодетекторов.

Иллюстрация: нейросеть

22.10.2024