Ученые из Института открытых и трансдисциплинарных исследовательских инициатив Университета Осаки обнаружили новую особенность солнечных элементов, изготовленных из композита сульфид сурьмы: сульфид, которую они назвали фотогальваническим эффектом, зависящим от длины волны (WDPE). Команда определила, что изменение цвета падающего света с видимого на ультрафиолетовое вызывает обратимое изменение выходного напряжения, при этом генерируемый ток остается неизменным. Эта работа может привести к созданию новых функциональных светочувствительных устройств и устройств формирования изображений.
Фотогальванические (PV) устройства, такие как солнечные элементы и фотодиоды, которые преобразуют световую энергию в электронную энергию, важны как возобновляемые источники энергии или как датчики света/изображения. Недавний прогресс в тонкопленочных фотоэлектрических устройствах привлек большое внимание благодаря их низкой стоимости, гибкости и легкому весу. Однако, хотя до сих пор сообщалось о различных фотоэлектрических устройствах, обратимые и быстрые реакции, зависящие от длины волны, ранее не наблюдались. Чтобы различать цвета излучения с помощью одного фотодиода, необходимо использовать жидкокристаллический фильтр, который может электронным образом переключать цветовой диапазон поглощения. Однако эти фильтры громоздки; возможность выполнять определение цвета без использования таких фильтров была бы полезна для минимизации размера фотоэлектрических устройств.
Теперь группа исследователей из Университета Осаки построила новые фотоэлектрические устройства из композита сульфид сурьмы: сульфид и обнаружила новый эффект. Генерируемое напряжение можно было изменить, переключив цвет света, при котором ультрафиолетовое излучение уменьшало выходное напряжение. То есть обратимое изменение кривых зависимости тока от напряжения можно было получить, просто освещая устройство разными цветами света. «Такой резкий сдвиг напряжения не наблюдается в кремнии, перовскитах или органических солнечных элементах », — объясняет первый автор Рёсуке Нисикубо.
Чтобы лучше понять механизм этого эффекта, ученые затем выполнили переходное фотонапряжение (TPV) и фотоиндуцированное извлечение заряда путем линейного увеличения напряжения (photo-CELIV). Эти эксперименты помогли прояснить резкое и обратимое изменение времени жизни носителей заряда, вызванное ультрафиолетовым облучением.
Команда пришла к выводу, что WDPE был вызван метастабильными состояниями «ловушки» на границе гетероперехода, генерируемыми зарядами высокой энергии . Эти межфазные энергетические ловушки значительно снижали выходное напряжение , и в результате свет определенных энергий можно было различать по напряжению . Это изменение может быть усилено присутствием паров полярного растворителя. «Хотя наша работа помогает продвинуть фундаментальную науку, объясняя этот новый эффект, исследование также имеет множество потенциальных применений, в том числе в качестве детектора паров», — говорит старший автор Акинори Саеки.
Недавно открытое явление может быть применено к распознаванию света, используемому во всем, от мобильных телефонов до автомобилей, систем безопасности или садоводства. Он также может быть частью приложений обработки изображений в медицине и других научных исследованиях, таких как космические спутники и микрофотография. Кроме того, он также потенциально желателен в качестве возобновляемого источника энергии из-за его низкой токсичности и низкой стоимости производства.
Их исследование было опубликовано в Advanced Functional Materials.
