Wetenschappers van het Institute for Open and Transdisciplinary Research Initiatives aan de Osaka University ontdekten een nieuwe eigenschap van zonnecellen gemaakt van antimoonsulfiodide:sulfidecomposiet, dat ze het golflengte-afhankelijke fotovoltaïsche effect (WDPE) noemden. Het team stelde vast dat het veranderen van de kleur van invallend licht van zichtbaar naar ultraviolet een omkeerbare verandering in de uitgangsspanning veroorzaakte, terwijl de gegenereerde stroom ongewijzigd bleef. Dit werk kan leiden tot nieuwe functionele lichtgevoelige en beeldvormende apparaten.

Fotovoltaïsche (PV) apparaten, zoals zonnecellen en fotodiodes, die lichtenergie omzetten in elektronische stroom, zijn belangrijk als hernieuwbare energiebronnen of als licht-/beeldsensoren. Recente vooruitgang in dunne film PV-apparaten heeft veel aandacht getrokken vanwege hun goedkope proces, flexibiliteit en lichtgewicht. Hoewel er tot nu toe verschillende PV-apparaten zijn gemeld, zijn omkeerbare en snelle golflengteafhankelijke reacties niet eerder waargenomen. Om onderscheid te maken tussen bestralingskleuren met behulp van een enkele fotodiode, moet een vloeibaar kristalfilter worden gebruikt dat het absorptiekleurbereik elektronisch kan omschakelen. Deze filters zijn echter omvangrijk; in staat zijn om kleurdetectie uit te voeren zonder dat dergelijke filters nodig zijn, zou handig zijn om de grootte van fotovoltaïsche apparaten te minimaliseren.

Nu heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Osaka nieuwe fotovoltaïsche apparaten gemaakt van antimoonsulfiodide:sulfidecomposiet gebouwd en een nieuw effect gevonden. De opgewekte spanning kon worden veranderd door de lichtkleur te veranderen, waarbij ultraviolet de uitgangsspanning verlaagde. Dat wil zeggen, een omkeerbare verandering in de stroom- versus spanningscurves kan worden verkregen door simpelweg verschillende kleuren licht op het apparaat te laten schijnen. "Zo'n dramatische verschuiving in spanning wordt niet waargenomen in silicium, perovskieten of organische zonnecellen", legt eerste auteur Ryosuke Nishikubo uit.

Om het mechanisme achter dit effect beter te begrijpen, voerden de wetenschappers vervolgens transiënte fotospanning (TPV) en foto-geïnduceerde ladingsextractie uit door de spanning lineair te verhogen (foto-CELIV). Deze experimenten hielpen de dramatische en omkeerbare verandering in de levensduur van de ladingsdrager te verduidelijken die wordt veroorzaakt door ultraviolette bestraling.

Het team concludeerde dat WDPE werd veroorzaakt door metastabiele "val"-toestanden op de heterojunctie-interface, gegenereerd door hoge energieladingen. These interfacial energy traps significantly reduced output voltage, and as a result, light of certain energies could be distinguished based on the voltage. This change could be enhanced by the presence of the vapor from a polar solvent. "While our work helps advance basic science by explaining this novel effect, the research also has many potential applications, including as a vapor detector," says senior author Akinori Saeki.

The newly discovered phenomenon may be applied to light sensing used in everything from mobile phones to cars, to security or horticultural systems. It can also be a part of imaging applications in medical and other scientific pursuits, such as space satellites and microphotography. In addition, it is also potentially desirable as a renewable energy source, because of its low toxicity and low production cost.

Their research was published in Advanced Functional Materials . + Verder verkennen

Light-emitting electrochemical cells for recyclable lighting