Distribuição de corrente escura espacialmente resolvida. a Topografia de superfície eb distribuição de corrente escura correspondente mapeada no filme BiFeO3 (60 nm) / La0.7Sr0.3MnO3 (5 nm) / LaAlO3 sem qualquer iluminação. Barra de escala 500 nm. c Comparação do perfil da morfologia da corrente escura e da superfície da área marcada pela seta azul em (a). A corrente é adquirida aplicando 2 V ao eletrodo inferior com a ponta condutiva virtualmente aterrada. Fonte:Ming-Min Yang et al. Condução local mediada por gradiente de deformação em filmes de ferrita de bismuto deformados, Nature Communications (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-10664-5
As células solares e as tecnologias de detecção de luz poderiam se tornar mais eficientes tirando proveito de uma propriedade incomum devido a deformações e defeitos em suas estruturas.
Pesquisadores do Departamento de Física da Universidade de Warwick descobriram que o gradiente de tensão (ou seja, cepa não homogênea) nas células solares, por meio de força física ou induzida durante o processo de fabricação, pode evitar que transportadores foto-entusiasmados se recombinem, levando a uma maior eficiência de conversão de energia solar. Os resultados de seus experimentos foram publicados em Nature Communications .
A equipe de cientistas usou um filme fino epitaxial de BiFeO3 cultivado em substrato LaAlO3 para determinar o impacto da deformação não homogênea na capacidade do filme de converter luz em eletricidade, examinando como seu gradiente de deformação afeta sua capacidade de separar portadores fotoexcitados.
A maioria das células solares comerciais são formadas por duas camadas, criando em seus limites uma junção entre dois tipos de semicondutores, tipo p com portadores de carga positiva (vacâncias de elétrons) e tipo n com portadores de carga negativa (elétrons). Quando a luz é absorvida, a junção dos dois semicondutores sustenta um campo interno dividindo as portadoras fotoexcitadas em direções opostas, gerando uma corrente e voltagem através da junção. Sem essas junções, a energia não pode ser colhida e os portadores fotoexcitados irão simplesmente se recombinar rapidamente, eliminando qualquer carga elétrica.
Distribuição espacialmente resolvida da fotocorrente. a Topografia de superfície eb distribuição de fotocorrente caracterizada sob iluminação em um filme fino de BiFeO3 / LaAlO3 de 100 nm de espessura; Barra de escala 500 nm. c Comparação do perfil entre a fotocorrente e a morfologia da superfície da área marcada pela seta azul em (a). A fotocorrente é adquirida sob a iluminação de 405 nm de luz com intensidade de 1 W cm − 2. A polarização é aplicada a um eletrodo de Pt lateral evaporado na superfície do filme BiFeO3 com a ponta condutiva virtualmente aterrada. Fonte:Ming-Min Yang et al. Condução local mediada por gradiente de deformação em filmes de ferrita de bismuto deformados, Nature Communications (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-10664-5
Eles descobriram que o gradiente de deformação pode ajudar a prevenir a recombinação, separando os buracos de elétrons excitados pela luz, aumentando a eficiência de conversão das células solares. O filme BiFeO3 / LaAlO3 também exibiu alguns efeitos fotoelétricos interessantes, como fotocondutividade persistente (melhor condutividade elétrica). Tem aplicações potenciais em sensores de luz UV, atuadores e transdutores.
O Dr. Mingmin Yang, da Universidade de Warwick, disse:"Este trabalho demonstrou o papel crítico do gradiente de deformação na mediação de propriedades fotoelétricas locais, que é amplamente esquecido anteriormente. Ao projetar tecnologias fotoelétricas para tirar vantagem do gradiente de deformação, podemos aumentar potencialmente a eficiência de conversão das células solares e melhorar a sensibilidade dos sensores de luz.
"Outro fator a considerar são os limites de grão nas células solares policristalinas. Geralmente, defeitos se acumulam nos limites dos grãos, que induziria a recombinação de foto-portadores, limitando a eficiência. Contudo, em algumas células solares policristalinas, como células solares CdTe, os limites dos grãos promoveriam a coleta de porta-fotos, onde o gradiente de deformação gigante pode desempenhar um papel importante. Portanto, precisamos prestar atenção ao gradiente de deformação local quando estudamos as relações estrutura-propriedades em células solares e materiais de sensores de luz. "
Anteriormente, o efeito dessa pressão sobre a eficiência foi considerado insignificante. Com a crescente miniaturização das tecnologias, o efeito do gradiente de deformação é ampliado em tamanhos menores. Portanto, ao reduzir o tamanho de um dispositivo usando um desses filmes, a magnitude do gradiente de deformação aumenta dramaticamente.
Dr. Yang acrescenta:"O efeito induzido pelo gradiente de tensão, como o efeito flexo-fotovoltaico, migração iônica, etc, seria cada vez mais importante em dimensões baixas. "
