Hileler olmadan hasat edilen sıcak elektronlar
Yarı iletkenler, enerjiyi fotonlardan (ışıktan) bir elektron akımına dönüştürür. Bununla birlikte, bazı fotonlar malzemenin emmesi için çok fazla enerji taşır. Bu fotonlar “sıcak elektronlar” üretir ve bu elektronların fazla enerjisi ısıya dönüştürülür. Materyal bilim adamları bu fazla enerjiyi toplamanın yollarını arıyorlar. Groningen Üniversitesi ve Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden (Singapur) gelen bilim adamları, bir perovskite sıcak elektronlar için bir alıcı malzeme ile birleştirilerek bunun beklenenden daha kolay olabileceğini göstermiştir. Prensip kanıtları yayınlandı. Bilimsel Gelişmeler 15 Kasım’da
Fotovoltaik hücrelerde, yarı iletkenler foton enerjisini emecek, ancak yalnızca doğru miktarda enerjiye sahip fotonlardan: çok az ve fotonlar malzemenin içinden geçer; Çok fazla ve aşırı enerji ısı olarak kaybolur. Doğru miktar, bant aralığı ile belirlenir: enerji seviyesi arasındaki en yüksek işgal edilen moleküler orbital (HOMO) ile en düşük boş moleküler orbital (LUMO) arasındaki fark.
Nanoparçacıklar
Groningen Üniversitesi’nde ultra hızlı spektroskopi profesörü Maxim Pshenichnikov, “Yüksek enerjili fotonların ürettiği sıcak elektronların aşırı enerjisi, ısı olarak malzeme tarafından çok hızlı bir şekilde emilir” diye açıklıyor. Sıcak elektronların enerjisini tamamen yakalamak için, daha geniş bant aralığı olan malzemeler kullanılmalıdır. Bununla birlikte, bu, sıcak elektronların, enerjilerini kaybetmeden önce bu malzemeye taşınması gerektiği anlamına gelir. Bu elektronların hasadı için mevcut genel yaklaşım, örneğin dökme malzeme yerine nanopartiküller kullanarak enerji kaybını yavaşlatmaktır. Pshenichnikov, “Bu nanoparçacıklarda elektronların fazla enerjiyi ısı olarak salması için daha az seçenek var” diye açıklıyor.
Son üç yıldır misafir profesör olan Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden meslektaşları ile birlikte Pshenichnikov, organik bir inorganik hibrit perovskite yarı iletkeninin, organik bir bileşik bathophenanthroline (bphen), büyük bir bant aralığına sahip bir malzeme ile birleştirildiği bir sistem üzerinde çalıştı. . Bilim adamları perovskite elektronları uyarmak için lazer ışığını kullandılar ve üretilen sıcak elektronların davranışını incelediler.
bariyer
Pshenichnikov, “İki adımda elektronları uyarmak ve onları femtosaniye zaman çizelgelerinde incelemek için pompalı itme denilen bir yöntem kullandık” diye açıklıyor. Bu, bilim adamlarının, pfenvsitlerdeki elektronları, bfen bant boşluğunun hemen üstünde, bfen’de heyecan verici elektronlar olmadan, elektron üretmelerine izin verdi. Bu nedenle, bu malzemedeki herhangi bir sıcak elektron, perovskitten gelmiş olabilir.
Sonuçlar, perovskit yarı iletkeninden gelen sıcak elektronların bfen tarafından kolayca emildiğini göstermiştir. “Bu, bu elektronları yavaşlatmaya gerek kalmadan ve dahası toplu malzemelerde gerçekleşti. Böylece, herhangi bir hile olmadan, sıcak elektronlar toplandı.” Ancak, bilim adamları gerekli enerjinin bphen bandgap’tan biraz daha yüksek olduğunu fark ettiler. “Bu beklenmeyen bir durumdu. Görünüşe göre, iki malzeme arasındaki arayüzde bir bariyerin üstesinden gelmek için biraz fazla enerjiye ihtiyaç var”
Bununla birlikte, çalışma, sıcak elektronların toplu perovskite yarı iletken malzemesinde toplanması için bir prensip kanıtıdır. Pshenichnikov, “Deneyler, görünür ışığa benzeyen gerçekçi miktarda enerji ile yapıldı. Bir sonraki zorluk, bu materyal kombinasyonunu kullanarak gerçek bir cihaz inşa etmektir.”
Yavaş ‘sıcak elektronlar’ güneş hücresi verimliliğini artırabilir