Hiệu ứng quang điện khối (BPV) là một hiện tượng không phổ biến có thể cho phép một số vật liệu hoạt động tốt hơn các mối nối p–n thông thường được sử dụng trong pin mặt trời.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng α-In 2 Se 3 thể hiện một cách đặc biệt để tạo ra điện từ ánh sáng được gọi là hiệu ứng quang điện khối. Dựa trên kết quả thử nghiệm của họ, các thiết bị dựa trên α-In 2 Se 3 có thể đạt được hiệu suất đáng chú ý trong các tế bào năng lượng mặt trời, mở đường cho việc tạo ra năng lượng tái tạo đáng tin cậy để đạt được tính trung hòa carbon. Tín dụng: zakzak 7 tại Openverse ( https://openverse.org/image/46233968-b662-4fb5-bfcd-64d5c2795410)
Các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã chứng minh bằng thực nghiệm hiệu ứng BPV trong indium selenide pha alpha (α-In 2 Se 3 ) lần đầu tiên theo hướng ngoài mặt phẳng, xác nhận các dự đoán lý thuyết trước đây. Hiệu suất chuyển đổi đáng chú ý được ghi nhận trong thiết bị α-In 2 Se 3 của họ báo hiệu một bước tiến đầy hứa hẹn cho các công nghệ pin mặt trời và cảm biến quang trong tương lai.
Hiểu biết vững chắc về hiệu ứng quang điện, qua đó ánh sáng có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện hữu ích, nằm ở cốt lõi của thiết kế và phát triển pin mặt trời. Ngày nay, hầu hết các pin mặt trời đều sử dụng các mối nối p–n, tận dụng hiệu ứng quang điện xảy ra tại giao diện của các vật liệu khác nhau.
Những thiết kế như vậy bị hạn chế bởi giới hạn Shockley–Queisser, giới hạn này đặt ra giới hạn cứng cho hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời tối đa theo lý thuyết và áp đặt sự đánh đổi giữa điện áp và dòng điện có thể được tạo ra thông qua hiệu ứng quang điện.
Tuy nhiên, một số vật liệu tinh thể thể hiện một hiện tượng thú vị được gọi là hiệu ứng quang điện khối (BPV). Trong các vật liệu thiếu tính đối xứng bên trong, các electron bị kích thích bởi ánh sáng có thể di chuyển mạch lạc theo một hướng cụ thể thay vì trở về vị trí ban đầu của chúng. Điều này dẫn đến cái được gọi là "dòng điện dịch chuyển", dẫn đến việc tạo ra hiệu ứng BPV.
Mặc dù các chuyên gia đã dự đoán indium selenide pha alpha (α-In 2 Se 3 ) có thể là ứng cử viên có thể chứng minh hiện tượng này, nhưng nó vẫn chưa được nghiên cứu thực nghiệm.
Để lấp đầy khoảng trống kiến thức này, một nhóm nghiên cứu từ Nhật Bản do Phó Giáo sư Noriyuki Urakami từ Đại học Shinshu đứng đầu đã tiến hành khám phá hiệu ứng BPV trong α-In 2 Se 3. Những phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Applied Physics Letters .
"Vật liệu này gần đây đã trở thành chủ đề nóng trong lĩnh vực vật lý vật chất ngưng tụ, vì nó có thể tạo ra dòng điện dịch chuyển. Nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên chứng minh bằng thực nghiệm dự đoán này", Giáo sư Urakami cho biết.
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sản xuất ra một thiết bị nhiều lớp bao gồm một lớp α-In 2 Se 3 mỏng kẹp giữa hai lớp than chì trong suốt.
Các lớp than chì này đóng vai trò là điện cực và được kết nối với nguồn điện áp và ampe kế để đo bất kỳ dòng điện nào được tạo ra khi chiếu sáng. Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu đã sử dụng cách sắp xếp các lớp cụ thể này vì họ tập trung vào các dòng điện dịch chuyển xảy ra theo hướng ngoài mặt phẳng trong lớp α-In 2 Se 3 .
Sau khi thử nghiệm với các điện áp bên ngoài khác nhau và ánh sáng chiếu tới ở nhiều tần số khác nhau, các nhà nghiên cứu đã xác minh sự tồn tại của dòng điện dịch chuyển theo hướng ngoài mặt phẳng, xác nhận các dự đoán đã đề cập ở trên. Hiệu ứng BPV xảy ra trong một phạm vi rộng các tần số ánh sáng.
Quan trọng nhất là các nhà nghiên cứu đã đánh giá tiềm năng của hiệu ứng BPV trong α-In 2 Se 3 và so sánh nó với hiệu ứng trong các vật liệu khác.
Giáo sư Urakami cho biết: "Thiết bị α-In 2 Se 3 của chúng tôi đã chứng minh hiệu suất lượng tử cao hơn nhiều lần so với các vật liệu sắt điện khác và tương đương với hiệu suất của các vật liệu chiều thấp có độ phân cực điện tăng cường".
Ông nói thêm: "Khám phá này sẽ hướng dẫn việc lựa chọn vật liệu để phát triển các thiết bị quang điện chức năng trong tương lai gần".
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng những nỗ lực của họ cuối cùng sẽ có tác động tích cực đến môi trường bằng cách đóng góp vào lĩnh vực sản xuất năng lượng tái tạo. "Những phát hiện của chúng tôi có tiềm năng thúc đẩy hơn nữa sự phổ biến của pin mặt trời, một trong những công nghệ chính để thu năng lượng môi trường và là con đường đầy hứa hẹn hướng tới một xã hội trung hòa carbon", Giáo sư Urakami kết luận.
Chúng tôi hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ mở đường cho các nghiên cứu sâu hơn nhằm khai thác hiệu ứng BVP và cải thiện đáng kể hiệu suất của pin mặt trời, cũng như nâng cao khả năng thiết kế các bộ dò quang nhạy.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
