Distribución de corriente oscura resuelta espacialmente. a Topografía de la superficie yb correspondiente distribución de corriente oscura mapeada en la película BiFeO3 (60 nm) /La0.7Sr0.3MnO3 (5 nm) / LaAlO3 sin ninguna iluminación. Barra de escala 500 nm. c Comparación del perfil de morfología superficial y de corriente oscura del área marcada con una flecha azul en (a). La corriente se adquiere aplicando 2 V al electrodo inferior con la punta conductora virtualmente conectada a tierra. Fuente:Ming-Min Yang et al. Conducción local mediada por gradiente de deformación en películas de ferrita de bismuto deformadas, Comunicaciones de la naturaleza (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-10664-5
Las células solares y las tecnologías de detección de luz podrían hacerse más eficientes aprovechando una propiedad inusual debido a deformaciones y defectos en sus estructuras.
Investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Warwick han descubierto que el gradiente de deformación (es decir, deformación no homogénea) en las células solares, mediante fuerza física o inducida durante el proceso de fabricación, puede evitar que los portadores fotoexcitados se recombinen, que conduce a una mayor eficiencia de conversión de energía solar. Los resultados de sus experimentos se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
El equipo de científicos utilizó una película delgada epitaxial de BiFeO3 cultivada en sustrato LaAlO3 para determinar el impacto de la deformación no homogénea en la capacidad de la película para convertir la luz en electricidad al examinar cómo su gradiente de deformación afecta su capacidad para separar portadores fotoexcitados.
La mayoría de las células solares comerciales están formadas por dos capas que crean en su límite una unión entre dos tipos de semiconductores, tipo p con portadores de carga positiva (vacantes de electrones) y tipo n con portadores de carga negativa (electrones). Cuando se absorbe la luz, la unión de los dos semiconductores sostiene un campo interno que divide los portadores fotoexcitados en direcciones opuestas, generando una corriente y voltaje a través de la unión. Sin tales uniones, la energía no se puede recolectar y los portadores fotoexcitados simplemente se recombinarán rápidamente eliminando cualquier carga eléctrica.
Distribución de fotocorriente resuelta espacialmente. a Topografía de superficie yb distribución de fotocorriente caracterizadas bajo iluminación en una película delgada de BiFeO3 / LaAlO3 de 100 nm de espesor; Barra de escala 500 nm. c Comparación de perfiles entre la fotocorriente y la morfología de la superficie del área marcada con una flecha azul en (a). La fotocorriente se adquiere bajo la iluminación de luz de 405 nm con una intensidad de 1 W cm − 2. La polarización se aplica a un electrodo de Pt lateral evaporado en la superficie de la película de BiFeO3 con la punta conductora virtualmente conectada a tierra. Fuente:Ming-Min Yang et al. Conducción local mediada por gradiente de deformación en películas de ferrita de bismuto deformadas, Comunicaciones de la naturaleza (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-10664-5
Descubrieron que el gradiente de deformación puede ayudar a prevenir la recombinación al separar los agujeros de electrones excitados por la luz, mejorando la eficiencia de conversión de las células solares. La película BiFeO3 / LaAlO3 también exhibió algunos efectos fotoeléctricos interesantes, como la fotoconductividad persistente (conductividad eléctrica mejorada). Tiene aplicaciones potenciales en sensores de luz ultravioleta, actuadores y transductores.
El Dr. Mingmin Yang de la Universidad de Warwick dijo:"Este trabajo demostró el papel fundamental del gradiente de deformación en la mediación de las propiedades fotoeléctricas locales, que se pasa por alto en gran medida anteriormente. Al diseñar tecnologías fotoeléctricas para aprovechar el gradiente de deformación, potencialmente podemos aumentar la eficiencia de conversión de las células solares y mejorar la sensibilidad de los sensores de luz.
"Otro factor a considerar son los límites de grano en las células solares policristalinas. Generalmente, los defectos se acumulan en los límites de los granos, que induciría la recombinación de fotoportadores, limitando la eficiencia. Sin embargo, en algunas células solares policristalinas, como las células solares CdTe, los límites de los granos promoverían la colección de fotoportadores, donde el gradiente de deformación gigante podría jugar un papel importante. Por lo tanto, debemos prestar atención al gradiente de deformación local cuando estudiamos las relaciones estructura-propiedades en las células solares y los materiales de los sensores de luz ".
Previamente, Se pensó que el efecto de esta tensión sobre la eficiencia era insignificante. Con la creciente miniaturización de tecnologías, el efecto del gradiente de deformación aumenta a tamaños más pequeños. Entonces, al reducir el tamaño de un dispositivo con una de estas películas, la magnitud del gradiente de deformación aumenta drásticamente.
El Dr. Yang agrega:"El efecto inducido por el gradiente de deformación, como el efecto flexo-fotovoltaico, migración iónica, etc, sería cada vez más importante en dimensiones reducidas ".
