Des chercheurs découvrent une tension qui dépend de la longueur d'onde de la lumière incidente

SbSI et SbSI :Sb₂ S₃ appareils photovoltaïques. Crédit :Ryosuke Nishikubo

Des scientifiques de l'Institut pour les initiatives de recherche ouvertes et transdisciplinaires de l'Université d'Osaka ont découvert une nouvelle caractéristique des cellules solaires fabriquées à partir de sulfure d'antimoine:composite de sulfure, qu'ils ont appelé l'effet photovoltaïque dépendant de la longueur d'onde (WDPE). L'équipe a déterminé que le changement de la couleur de la lumière incidente du visible à l'ultraviolet induisait un changement réversible de la tension de sortie, tout en laissant le courant généré inchangé. Ces travaux pourraient mener à de nouveaux dispositifs fonctionnels de détection de la lumière et d'imagerie.

Les dispositifs photovoltaïques (PV) - tels que les cellules solaires et les photodiodes - qui convertissent l'énergie lumineuse en énergie électronique sont importants en tant que sources d'énergie renouvelables ou en tant que capteurs de lumière/d'image. Les progrès récents dans les dispositifs photovoltaïques à couches minces ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur processus à faible coût, de leur flexibilité et de leur légèreté. Cependant, bien que divers dispositifs PV aient été signalés jusqu'à présent, des réponses réversibles et rapides dépendant de la longueur d'onde n'ont pas été observées auparavant. Pour distinguer les couleurs d'irradiation à l'aide d'une seule photodiode, un filtre à cristaux liquides doit être utilisé qui peut commuter électroniquement la gamme de couleurs d'absorption. Cependant, ces filtres sont encombrants; pouvoir effectuer une détection de couleur sans nécessiter de tels filtres serait utile pour minimiser la taille des appareils photovoltaïques.

Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université d'Osaka a construit de nouveaux dispositifs photovoltaïques fabriqués à partir de sulfure d'antimoine:composite de sulfure et a trouvé un nouvel effet. La tension générée peut être modifiée en changeant la couleur de la lumière, dans laquelle les ultraviolets réduisent la tension de sortie. C'est-à-dire qu'un changement réversible des courbes de courant par rapport à la tension pourrait être obtenu simplement en faisant briller différentes couleurs de lumière sur le dispositif. "Un changement de tension aussi spectaculaire n'est pas observé dans le silicium, les pérovskites ou les cellules solaires organiques", explique le premier auteur Ryosuke Nishikubo.

Structure de l'appareil (à gauche) et schéma des caractéristiques de densité de courant-tension (JV). Cette figure est reproduite à partir de l'article original (Figure 1a). Crédit :Ryosuke Nishikubo

Pour mieux comprendre le mécanisme derrière cet effet, les scientifiques ont ensuite réalisé une phototension transitoire (TPV) et une extraction de charge photo-induite par augmentation linéaire de la tension (photo-CELIV). Ces expériences ont aidé à clarifier le changement spectaculaire et réversible de la durée de vie des porteurs de charge induit par l'irradiation ultraviolette.

L'équipe a conclu que le WDPE était causé par des états de "piège" métastables à l'interface de l'hétérojonction, générés par des charges à haute énergie. Ces pièges à énergie interfaciale ont considérablement réduit la tension de sortie et, par conséquent, la lumière de certaines énergies a pu être distinguée en fonction de la tension. Ce changement pourrait être renforcé par la présence de la vapeur d'un solvant polaire. "Bien que nos travaux contribuent à faire progresser la science fondamentale en expliquant ce nouvel effet, la recherche a également de nombreuses applications potentielles, notamment en tant que détecteur de vapeur", déclare l'auteur principal Akinori Saeki.

Caractéristiques JV d'un dispositif photovoltaïque SbSI:Sb2S3 sous irradiation simultanée de lumière ultraviolette (UV) et visible (VIS) avec des rapports d'intensité variables. Cette figure est reproduite à partir de l'article original (Figure2e). Crédit :Ryosuke Nishikubo et al., Matériaux fonctionnels avancés , CC BY

Le phénomène nouvellement découvert peut être appliqué à la détection de la lumière utilisée dans tout, des téléphones portables aux voitures, en passant par les systèmes de sécurité ou horticoles. Il peut également faire partie des applications d'imagerie dans les domaines médicaux et autres activités scientifiques, telles que les satellites spatiaux et la microphotographie. En outre, il est également potentiellement souhaitable en tant que source d'énergie renouvelable, en raison de sa faible toxicité et de son faible coût de production.

Leurs recherches ont été publiées dans Advanced Functional Materials . + Explorer plus loin