Een nieuwe ultrasnelle microscoop heeft de routes onthuld die elektronen in zonnecellen afleggen, en werpt licht op hoe ze hun efficiëntie kunnen verbeteren.

De microscoop, ontwikkeld door onderzoekers van de University of California, Berkeley, kan de beweging van elektronen in realtime volgen, met een resolutie van slechts enkele femtoseconden (quadriljoenste van een seconde). Hierdoor konden de onderzoekers zien hoe elektronen door de verschillende lagen van een zonnecel bewegen en hoe ze worden beïnvloed door defecten en onzuiverheden.

De bevindingen zouden kunnen helpen de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren, die momenteel beperkt worden door het feit dat veel van de door zonlicht gegenereerde elektronen verloren gaan voordat ze in elektriciteit kunnen worden omgezet. Door te begrijpen hoe elektronen door zonnecellen bewegen, kunnen onderzoekers nieuwe materialen en structuren ontwerpen waarmee meer elektronen kunnen worden verzameld.

"Dit is een grote doorbraak in ons begrip van hoe zonnecellen werken", zegt hoofdauteur van het onderzoek Dr. Jeffrey Bokor. “Door de beweging van elektronen in realtime te kunnen volgen, kunnen we nu zien hoe ze worden beïnvloed door de verschillende materialen en structuren die in zonnecellen worden gebruikt. Deze kennis zal ons in staat stellen efficiëntere zonnecellen te ontwerpen die meer zonlicht kunnen omzetten in zonnecellen. elektriciteit."

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics.

Hoe de ultrasnelle microscoop werkt

De ultrasnelle microscoop maakt gebruik van een techniek die tijdsopgeloste foto-emissiespectroscopie wordt genoemd om de beweging van elektronen te volgen. Bij deze techniek wordt een lichtpuls gebruikt om elektronen in de zonnecel te exciteren, en vervolgens wordt een tweede lichtpuls gebruikt om de energie en het momentum van de aangeslagen elektronen te onderzoeken. Door het tijdsverschil tussen de twee pulsen te meten, kunnen de onderzoekers de snelheid van de elektronen bepalen.

De microscoop kan ook worden gebruikt om de ruimtelijke verdeling van de elektronen in kaart te brengen. Dit wordt gedaan door de laserstraal over de zonnecel te scannen en op elk punt het foto-emissiesignaal te meten. Het resulterende beeld toont de locatie van de elektronen in de zonnecel, wat kan helpen bij het identificeren van defecten en onzuiverheden die de efficiëntie van de cel kunnen beïnvloeden.

De toekomst van zonnecellen

De ultrasnelle microscoop is een krachtig hulpmiddel dat onderzoekers gaat helpen de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren. Door te begrijpen hoe elektronen door zonnecellen bewegen, kunnen onderzoekers nieuwe materialen en structuren ontwerpen waarmee meer elektronen kunnen worden verzameld en omgezet in elektriciteit. Dit zal zonnecellen betaalbaarder en efficiënter maken en de transitie naar een schone energietoekomst helpen versnellen.