Высокоскоростное наблюдение в солнечных элементах. Исследовательская группа в Университете Осаки разработала улучшенный метод для получения изображений микроскопа, которые могут обнаружить быстрые электроны, проникающие через наноматериалы, используемые в солнечных панелях. Применяя лазерное излучение к устройству в нужное время, эта группа впервые достигла наносекундного временного разрешения при сохранении увеличения. Эта работа может улучшить качество фотоэлектрических материалов для таких устройств, как солнечные панели, помогая выявлять и устранять недостатки в процессе производства.

Рис. 1. Принципиальная схема, иллюстрирующая принцип электростатической силовой микроскопии с синхронизацией по времени. Фото: Университет Осаки

Камеры наблюдения распространены повсеместно и чрезвычайно ценны для полиции при попытке поймать воров. Однако камеры, которые записывают только один кадр видео в минуту, были бы бесполезны для задержания быстрых грабителей, которые могут убежать менее чем за шестьдесят секунд. Солнечные панели используют энергию солнца, когда электроны возбуждаются до более высокого энергетического уровня, оставляя позади пустоту или «дыру». Однако, если электрон рекомбинирует с дыркой до достижения электрода, собранная энергия теряется, «отнимая» у устройства критическую эффективность.

Доступные в настоящее время методы микроскопии слишком медленные, чтобы поймать злодеев в акте. Поэтому команда в Осаке использовала электростатическую силовую микроскопию (EFM), в которой крошечный вибрирующий наконечник кантилевера становится чувствительным к электрическим зарядам, проходящим под ним. EFM обычно все еще слишком медленный, чтобы наблюдать за движением электронов и дырок, но их ключевым нововведением было применение синхронизированных лазерных импульсов, которые ударяют по образцу в той же точке колебаний кантилевера. Изменяя время задержки между началом цикла и лазерным импульсом, они смогли создать фильм с кадрами всего за 300 наносекунд. «Это первый случай, когда кто-либо смог объединить разрешение наносекундного времени без ущерба для увеличения», – сказал ведущий автор Кенто Араки.

Рис. 2. Электростатическая силовая микроскопия с временным разрешением изображений

Рис. 2. Электростатическая силовая микроскопия с временным разрешением изображений двухслойных органических фотоэлектрических тонких пленок. Шаг кадра составляет 300 нс. Фильм ясно показывает, что заряд, генерируемый на оверлейном слое, рассеивается, и долина на краю оверлейного слоя проявляется как эволюция во времени после импульсного светового возбуждения. Фото: Университет Осаки

Когда исследователи исследовали «место преступления», они смогли получить видео доказательства рекомбинации, как это происходило. Этот метод может быть чрезвычайно полезен для разработки более эффективных солнечных панелей за счет уменьшения потерь энергии из-за рекомбинации. По словам старшего автора Такуя Мацумото, «исследование также потенциально полезно для изучения катализаторов или батарей, которые зависят от активации света».

Статья «Электростатическая силовая микроскопия с временным разрешением с использованием генерации синхронизированного наконечником заряда с импульсным лазерным возбуждением» была опубликована в издательстве «Физика связи».

По материалам phys.org