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Wissenschaftler entdecken Photospannungen in Ferroelectrics Materials mit Wismut Ferrit ultradünner Schichten

Published on September 19, 2011 at 3:41 AM

Durch Cameron Chai

Wissenschaftler der University of California in Berkeley und dem US Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) haben die Einzelheiten einer Photovoltaik-Industrie, für die ferroelektrischen Materialien mit Wismut Ferrit oder BFO ultra-dünnen Filmen aufgedeckt.

Die Forscher haben auch entdeckt, dass das gleiche Prinzip auf alle Arten von ähnlichen Materialien angewendet werden kann. Der BFO-Filme, die die Forscher untersuchten eine bestimmte periodische Domain-Muster Spanning über Entfernungen von mehreren Mikrometern. Die Domänen erstellen Streifen, die jeweils mit einer Breite von 50 bis 300 nm, durch Domänenwände mit einer Dicke von nur 2 nm isoliert. Die elektrische Polarisation in jedem Streifen wird in die entgegengesetzte Richtung, dass der angrenzende Streifen.

Domains mit entgegengesetzter elektrischer Polarisation, im Durchschnitt etwa 140 Nanometer breit und getrennt durch Wände 2 Nanometer dick, bilden ein gut ausgerichteten Reihe in einem dünnen Film aus Wismut Ferrit. Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory

Joel Ager, einer der Forscher, sagte, dass das Forscherteam genau wusste, dass die Position und die Größe der eingebauten elektrischen Feldern in BFO-Filme. Die Forscher beobachteten sehr hohe Spannungen, mehrfach das Material der Bandlücke Spannung, wenn die BFO dünne Filme wurden beleuchtet, sagte er. Die Elektronen, die von einfallenden Photonen frei werden und bilden die entsprechenden Löcher, die sich in den Stromfluss in einer Richtung senkrecht zur Domäne Wände, fügte er hinzu.

Die Wissenschaftler ausgestattet Platin elektrischen Kontakte zu den BFO ultra-dünnen Schichten, die Strom zu messen. Das Experiment erwies sich, dass die Domain Wände zwischen den Bereichen entgegengesetzte elektrische Polarisation der Photovoltaik-Spannung erhöht. Die entgegengesetzte Ladungen auf beiden Seiten des Domain-Wand erzeugen ein elektrisches Feld, dass die Ladungsträger Kräfte auseinander. An einer Seite der Mauer, stoßen Elektronen und Löcher angesammelt, während auf der anderen Seite, Löcher stoßen und Elektronen werden angesammelt.

Die Effizienz von Solarzellen wird durch die sofortige Rekombination von Löchern und Elektronen reduziert. Doch in der BFO-Filme produzieren die Domains 'entgegengesetzt gepolten Ladungen starke elektrische Felder an der Domain Wände der Rekombination zu verhindern. Elektronen und Löcher bewegen sich in entgegengesetzter Richtung von der Domain Wände in Richtung der Domäne entfernt, die eine schwächere elektrische Feld hat. Da die Anzahl der Elektronen ist mehr als Löcher, sind die zusätzlichen Elektronen von einer Domäne auf die andere in die gleiche Richtung gezwungen, wie die gesamte aktuelle gerichtet. Ager beschrieb es als "Bucket Brigade" mit jedem Eimer von Elektronen aus einer Domäne zu anderen gepumpt.

Die BFO ultradünner Filme die Effizienz des Lichts Reaktionsfähigkeit ist am höchsten in der Nähe des Domain-Wände. Obwohl sie extrem hohe Spannungen erzeugen, sind sie hinter hohen Strom, ein weiterer wichtiger Faktor für eine leistungsfähige Solarzelle. Die Kombination von Ferroelektrika 'Bucket Brigade "photovoltaische Effekt bei hohen Strömen ermöglicht die Herstellung von Solarzellen-Arrays mit überragender Effizienz.

Quelle: http://www.lbl.gov

Last Update: 9. October 2011 00:15

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