Исследователи обнаружили фотоэлектрические свойства в плёнке на основе цинка
Аккумулятор Challenger A12-65
Исследование, проведённое в Университете Висконсин-Милуоки, показало, что плёнки из фосфат-гидрата цинка (ZPH) способны вырабатывать электричество под воздействием света. Фотовольтаический эффект покрытия усиливался при добавлении антоциана — натурального красителя, содержащегося в ежевике.
Исследовательская группа из Университета Висконсин-Милуоки (UWM) обнаружила, что плёнки из фосфата цинка и гидрата (ZPH), нанесённые на металлы, создают фотоэлектрический эффект.
Их работа представлена в научной статье «Изготовление и исследование плёнок из фосфата цинка, содержащих H2O, с органическим красителем на поверхности и их характеристики в области фотодетектирования», опубликованной в журнале Applied Physics Letters.
Исследователи решили протестировать хопеит — минерал на основе цинка, который используется для защиты от коррозии. Они заметили, что слои хопеита могут быстро реагировать на изменение освещённости, что позволяет вырабатывать электричество из света.
В научной статье объясняется, что плёнки ZPH, выращенные на электропроводящей подложке из оксида индия и олова (ITO), имеют слоистую структуру с расстоянием между слоями от 20 до 30 нм. Исследователи объясняют, что в спектре излучения преобладает узкая ультрафиолетовая полоса с длиной волны 378 нм и шириной на полувысоте 16 нм.
Команда изготовила и протестировала около 20 устройств и обнаружила, что основным препятствием для воспроизводимости результатов является разница в толщине плёнки: увеличение толщины и неоднородность приводят к снижению фототока. Данные о возбуждении фотолюминесценции показали резкий спад на длине волны около 447 нм, что соответствует ширине запрещённой зоны в 2,77 эВ.
Дальнейшие исследования показали, что фотоэлектрический эффект плёнок ZPH усиливается в сочетании с антоцианом — природным красителем, содержащимся в ежевике. Пигмент изменяет взаимодействие минерала со светом, что способствует повышению выходного напряжения.
В научной статье подробно описано, что при взаимодействии с антоциановым красителем плёнки ZPH генерировали фотонапряжение до 281 мВ при освещении белым светом. Это демонстрирует, как электролит увеличивает скорость переноса фотогенерированных зарядов.
Устройство было протестировано при многократном включении и выключении освещения, а также в стационарном режиме, говорится в научной статье. Устройство достигло соотношения фототока и темнового тока при нулевом смещении, близкого к 97,5, а константы нарастания и спада фототока составили 0,4 с и 10,8 с.
Исследователи отметили, что созданные ими плёнки отличаются от традиционных солнечных батарей тем, что для преобразования света в электрический ток им не нужны полупроводники или внешний источник питания. Это позволило команде учёных сделать вывод, что полученные результаты могут открыть путь к созданию более доступных солнечных батарей.
«Эти результаты подтверждают, что неорганические и органические интерфейсы на основе ZPH, подобно обычным полупроводниковым переходам, обладают большим потенциалом для создания недорогих фотоэлектрических систем и автономных УФ- и видимых фотодетекторов, работающих в диапазоне частот ниже 1 кГц», — говорится в исследовательской работе.
Исследователи подали заявку на патент через Исследовательский фонд UWM.