Forschung -

Exotischer Kristallhalbleiter kann zu besseren Solarzellen führen

Wissenschaftler haben einen neuen Weg gefunden, das von exotischen Kristallhalbleitern emittierte Licht zu regeln, was zu effizienteren Solarzellen und anderen Fortschritten in der Elektronik führen könnte - so eine von der Rutgers University geführte Studie in "Materials Today".

Bei ihrer Entdeckung handelt es sich um Kristalle, die als Hybrid-Perowskite bezeichnet werden und aus ineinandergreifenden organischen und anorganischen Materialien bestehen. Und sie haben ein großes Potenzial für eine Verwendung in Solarzellen gezeigt.

Die Erkenntnisse könnten auch zu neuartigen elektronischen Anzeigen, Sensoren und anderen durch Licht aktivierte Komponenten führen und der Herstellung von Optoelektronik eine höhere Effizienz bei geringeren Kosten bringen.

Das von Rutgers geführte Team fand einen neuen Weg, das Licht (die sogenannte Fotolumineszenz) zu kontrollieren, das bei der Anregung der Perowskite durch einen Laser emittiert wird.

Die Lichtintensität eines hybriden Perowskitkristalls kann bis zu 100-mal erhöht werden, indem man einfach die Spannung an einer Elektrode auf der Kristalloberfläche justiert.

"Nach unserem besten Wissen ist dies das erste Mal, dass sich die Fotolumineszenz eines Materials in so hohem Maße mit Spannung reversibel steuern lässt", sagte Senior-Autor Vitaly Podzorov, Professor am Fachbereich Physik und Astronomie an der "School of Arts and Sciences" der Rutgers University-New Brunswick.

"Früher musste man, um die Intensität der Fotolumineszenz zu ändern, die Temperatur ändern oder einen Kristall unter enormen Druck setzen, was komplex und kostspielig war. Wir können es jetzt einfach mit einem kleinen Elektronikgerät bei Raumtemperatur machen."

Halbleiter, wie die Perowskite, haben Eigenschaften, die zwischen denen der elektrisch leitenden Metalle und denen der nicht leitenden Isolatoren liegen. Ihre Leitfähigkeit kann in einem sehr weiten Bereich eingestellt werden, was sie für die gesamte moderne Elektronik unverzichtbar macht.

"All die wunderbaren modernen elektronischen Geräte und Technologien, die wir heute genießen, sei es ein Smartphone, ein Speicherstick, eine leistungsstarke Telekommunikation und das Internet, hochauflösende Kameras oder Supercomputer, sind vor allem durch die jahrzehntelange, sorgfältige Forschung in der Halbleiterphysik möglich geworden", sagte Podzorov.

Das Verständnis der Fotolumineszenz ist wichtig für die Entwicklung von Geräten, die Licht steuern, erzeugen oder erkennen, einschließlich der Solarzellen, LED-Leuchten und Lichtsensoren.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass Defekte in Kristallen die Lichtemission reduzieren und das Anlegen von Spannung die Intensität der Fotolumineszenz wiederherstellt.

"Hybride Perowskite sind effizienter und viel einfacher und billiger herzustellen als herkömmliche kommerzielle siliziumbasierte Solarzellen, und die Studie könnte dazu beitragen, dass sie weit verbreitet eingesetzt werden," sagte Podzorov.

"Ein wichtiger nächster Schritt wäre die Untersuchung verschiedener Perowskit-Materialien, die zu besseren und effizienteren Materialien führen können, bei denen die Fotolumineszenz in einem breiteren Intensitätsbereich oder mit geringerer Spannung gesteuert werden kann," sagte er.

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