Electric power generation of a liquid self-assembled drop on a semiconductor surface

• Autorzy: Korasiak, P. , Pławecki, M. , Rówiński, E.

Warianty tytułu

PL

Wytwarzanie energii elektrycznej przez samoorganizującą się kroplę płynu na powierzchni półprzewodnika

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The technological innovation of the direct conversion of solar energy to electricity plays an important role in electric power generation. Earlier discussions of band bending in a semiconductor contacting a metal and liquid electrolyte solutions containing redox couples with different electrochemical potentials should not overshadow the fact that under irradiation absorption of photons takes place in a solar cell, which can generate free charge for an electrical circuit. Here we propose new band bending of ZnO and Cu2O semiconductors induced by a liquid self-assembled microdrop of a physiological salt solution. The drop/semiconductor interface under incident light irradiation of 0,1 Wcm-2 exhibits a photovoltaic effect with efficiency of 19‒24% and enhanced electric power generation with electron or hole transport. We provide experimental and theoretical evidence that the architecture of the liquid drop/semiconductor interface will enable it to act as an electric power generator system in the near future.

PL

Innowacja technologiczna pod postacią bezpośredniej konwersji energii słonecznej w elektryczną odgrywa ważną rolę w procesie wytwarzania prądu. Wcześniejsze dyskusje nt zagięcia pasma w pólprzewodniku stykającym się z metalem oraz roztworami ciekłych elektrolitów zawierających pary redox o różnych potencjałach elektrochemicznych nie powinny przesłaniać faktu, że w warunkach naświetlania następuje absorpcja fotonów w fotoogniwie co powoduje wytworzenie ładunku swobodnego w obwodzie elektrycznym. Niniejszym chcielibyśmy zaproponować nowe zagięcie pasma w półprzewodnikach ZnO oraz Cu2O wywoływane przez ciekłą samoorganizującą się mikrokroplę roztworu soli fizjologicznej. Interfejs kropla/półprzewodnik, w warunkach oświetlenia 0,1 Wcm-2, wykazuje efekt fotowoltaiczny o wydajności 19-24% i zwiększonym wytwarzaniu prądu poprzez transport elektronów i dziur. Przedstawiamy również dowód teoretyczny i eksperymentalny, że architektura interfejsu kropla cieczy/półprzewodnik umożliwi mu działanie w charakterze generatora energii elektrycznej w niedalekiej przyszłości.

Słowa kluczowe

PL

konwersja energii słonecznej w elektryczną; zagięcie pasma w półprzewodnikach; samoorganizująca się mikrokropla; zjawisko fotowoltaiczne; interfejs kropla cieczy/półprzewodnik

EN

conversion of solar energy to electricity; semiconductors band bending; self-assembled microdrop; photovoltaic effect; interface liquid drop/semiconductor

• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 6
• Strony: 341--343
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Korasiak, P.

• Instytut Automatyki, Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

autor

Pławecki, M.

• Instytut Automatyki i Nauki o Materiałach, Uniwersytet Śląski

autor

Rówiński, E.

• Instytut Automatyki i Nauki o Materiałach, Uniwersytet Śląski

Bibliografia

• [1] Stefanovich, E.V., Truong, T.N., Theoretical approach for modelling reactivity at solid-liquid interfaces. J. Chem. Phys. 106, 7700-7705 (1997).
• [2] Karpitschka, S, & et al. Droplets move over viscoelastic substrates by surfing a ridge. Nature Communications! 6, 7891-7899 (2015).
• [3] Ikeuchi, K., Zhou, Y. Kokawa, H. & North, Т. Н. Liquid-solid interface migration at grain boundary regions during transient liquid phase brazing. Metallurgical Transactions A 23A, 2905-2915 (1992).
• [4] Bard, A. J. & et. al. The concept of Fermi level pinning at semiconductor/liquid junctions, consequences for energy conversion efficiency and selection of useful solution redox couples in solar devices. J. Am. Chem. Soc. 102, 3671-3677 (1980).
• [5] Huang, K. & Szlufarska, I. Green-Kubo relation for friction at liquid- solid interlaces. Phys. Rev. E 89, 032119 1-7 (2014).
• [6] Bonn, D., Eggers, J., Indekeu, J., Meunier, J. & Rolley, E. Wetting and spreading. Rev. Mod. Phys. 81, 739-805 (2009).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).