肖特基从阴影中走了出来

通过|2020年8月7日

一种影子效应能量发生器,当该装置部分置于阴影中时,通过产生的照明对比产生电力。

图像信用:David Werbrouck On Outplash

1883年,查尔斯Fritts开发了世界上第一个太阳能电池之一,该电池由涂在金上的薄层组成。金金属和硒半导体之间的电子频带能量的差异导致从硒的较高能量状态流到硒的较低的金色,这在电磁理论物理的语言中导致乐队界面变得弯曲并导致创建所谓的肖特基能量障碍。该名称是指在金属半导体结处形成的电子的电位能屏障,并以德国物理学家沃尔特H.Schottky(1886-1976)命名。

当暴露于等于或大于带隙能量的光时,这种金属-半导体异质结构产生光电压,这有助于光激发电子-空穴对的电荷分离,这是作为光伏器件的必要条件。

上面提到的通用金属/n型半导体结的带图如下图所示。在这里可以看到,由于上述电子从n掺杂的半导体到金属的界面流动所引起的金属和半导体的费米能量的平衡,在半导体中产生耗尽层和相关的肖特基势垒,其高度等于金属和半导体的功函数之差。半导体导带中的光激电子现在能够克服肖特基势障,从而产生光电流,其开路电压相当于金属和半导体的费米能量之差。

肖特基结太阳能电池虽然在简单、构造、可扩展性和成本方面很优雅,但由于低效率和界面缺陷造成的损失,肖特基结太阳能电池似乎没有在科学和技术上引起太多关注,商业化活动最多也就很少。

因此,肖特基结太阳能电池一直处于阴影中,可以说,直到一篇引人入胜的报道-最近由张,等人发表。在《能源与环境科学- 其中肖特基小区是故意地放置在阴影处而不是光线处。

图像来源:©皇家化学学会
图像来源:©皇家化学学会

听起来有悖常理?这种效应的起源很吸引人,预示着广泛的能源技术机遇,因为影子无处不在,很少被设计成优势;相反的情况是正确的,应该避免。

原型设备建立在金N掺杂的硅肖特基结太阳能电池上,具有创造性的操作扭曲。该技巧被称为影子效应能量发生器(SEG),基于金色工作功能的光学工程,通过阴影铸造设备上的入射光,如图所示。电池上的这种光的阻断在金作业功能中产生了对比度,以及从光到电池的黑暗侧驱动激发电子的电电位差。该图描绘了阴影,均匀光和半阴影情况的Au NSI结的带结构,以及SEG的工作原理。

由阴影掩蔽引起的工作函数的差异j* - j,通过开尔文探针力显微镜进行了评估,并建立了一个小到0.13 eV的值,尽管如此,该值仍然提供了支撑该装置动作的驱动力。

作为对暗影效果起源的有效性的对照实验,观察到细胞的均匀照射缺乏任何发电,使SEG效应前所未有。

SEG的功率密度P为:

p = IV / s

其中I、V、S分别为电池在光照和阴影下的短路电流、开路电压和总面积。一个未优化的器件显示功率密度为0.14 mW cm-2在0.001的室内阴暗条件下,它的性能比商业硅太阳能电池在相同条件下的性能高出200倍。

影子肖特基结太阳能电池在其在低光强度下的运行中显然是实用的,在那里还验证以捕获轻微对比度的动态波动。这一发现提供了一种令人着迷的新方式,利用普遍存在的阴影世界作为将太阳能转换为电能的新颖手段,以设想一系列新颖的设备,例如用于跟踪阴影中的移动对象的电动腕表或传感器。

你能想象接下来会发生什么吗?

Geoffery Ozin

太阳能燃料集团,多伦多大学,多伦多,安大略省,加拿大,电子邮件:g.ozin@utoronto.ca,网站:www.nanowizard.info.,www.solarfuels.utoronto.ca.,www.artnanoinnovations.com