Päikeseelementi jõudva valguse toimel tekkivate vabade laengute rekombineerumise ära hoidmine on eesmärgiks kõigile inseneridele, kes üritavad oma päikeseenergia seadmetega maksimaalset efektiivsust saavutada. Selle saavutamise üheks viisiks on ehitada elemendi sisse positiivset(p) ja negatiivset(n) tüüpi pooljuhi vahele heterosiire, mis võimaldab valguse tekitatud positiivsetel ja negatiivsetel laengutel elemendist heterosiirde liitekohas vastassuundades lahkuda. Mingyong Han ning kolleegid töötasid välja viisi toota kõrgkvaliteedilisi nanoskaalas heterosiirdeid, rajades aluse odavamatele ja efektiivsematele fotogalvaanilistele seadmetele.
Päikeseelemendi tööpõhimõte.
Nanoskaalas pooljuhtkristallid tekitavad suurema pindala, millel valgus neelduda saab, ning on ka tavalistest litograafiaga kaetud elementidest odavamad toota. Siiani on olnud aga äärmiselt keeruline moodustada n- ja p-tüüpi pooljuhtide vahele kõrgkvaliteedilisi heterosiirdeid nii, et kristallisiseste kontaktpindega oleksid võimalik saavutada maksimaalne efektiivsus, kirjutab Physorg.com.
Selle probleemi lahendamine nõuab tehnikat, mis ühendaks kaks pooljuhti omavahel keemiliselt kokku. Varasemates uuringutes on valmistatud kaksik-nanokristalle, mille südames asub sfääriline tuum-kest. Neil nanokristallidel põhinevad heterosiirded omavad aga madalat energiamuundamise efektiivsust, sest valguse jõudmine sisetuumani on takistatud. Han ja kolleegid lähenesid probleemi lahendamiseks sellele teise nurga alt.
Esmalt kasutasid teadlased kõrge temperatuuri juures pindaktiivsete ainete segu, et valmistada vask(I)sulfiidi(CuxS) – tuntud p-tüüpi pooljuhti – omapäraseid kuusnurkseid kettaid, mis on umbes 40 nanomeetri laiused ja 15 nanomeetri paksused. Nende uute materjalide selgepiirilised küljed võimaldasid teadlastel kristallide väliskülgedele n-tüüpi kaadmiumsulfiidi(CdS) kristalliseerida.
Järgmises protsessis, mida tuntakse katiooni vahetuse nime all, panid teadlased n-tüüpi kristallid sissepoole kasvama, muundades efektiivselt CuxS ketaste teatud osad keemiliselt CdS-iks. ,,Selle meetodi tulemusena saadakse nano-heterostruktuurid, millede morfoloogia on sama, mis algsel materjalil,” sõnas Han. Hoolikalt reaktsiooni tingimusi optimiseerides muundasid teadlased kuusnurksed nanokettad täiusliku sümmeetriaga külg-külje-vastas heterosiireteks. Lisaks kanti pooljuhtide piirpinnale tsinki, et siirde elektroonilisi omadusi veelgi parandada.
Hani sõnul on CuxS-CdS heterostruktuur paljulubav materjal just päikeseelementide tehnoloogias, seda tänu selle kahelt poolt avatud pinnale ning sellisele energiatsoonide paigutusele, mis tekitab tugeva laengute eraldatuse. Teadlased plaanivad sel ,,ühes-potis” meetodil sünteesida suurel hulgal uusi pooljuhtide paare, kasutades ära selle süsteemi erakordset kristallisatsiooni omadust.
Teadusartikkel: “One-pot synthesis of Cu1.94S–CdS and Cu1.94S–ZnxCd1–xS nanodisc heterostructures“
Leave a Reply