Onderzoekers ontwikkelen omkeerbare diode

Onderzoekers van een Amerikaanse universiteit hebben een nieuw materiaal ontwikkeld waarmee diodes met een inverteerbare polariteit gemaakt kunnen worden. De kristallen zijn ook nog eens geschikt om fotovoltaïsche cellen te maken.

Het materiaal werd ontwikkeld door een team onderzoekers van de Rutgers-universiteit onder leiding van professor Sang-Wook Cheong. Diodes die met het materiaal werden gemaakt, kunnen stroom selectief in twee richtingen doorlaten. Normaliter heeft een diode een doorlaatrichting en een sperrichting, die niet kunnen veranderen: vanaf een bepaalde spanning laat de diode stroom in de ene richting door, en stroom die de andere kant op wil, wordt altijd tegengehouden. Het nieuwe materiaal maakt het echter mogelijk om de doorlaat- en sperrichting van de diode om te keren door er kortstondig een piekspanning op te zetten.

De kristallen van het nog naamloze materiaal zijn gerangschikt in een perovskiet-structuur en zijn gemaakt van ijzer, bismut en zuurstof. De ferro-elektrische polariteit van deze kristallen wordt door de spanningspuls veranderd, wat de doorlaatrichting van de diode omdraait. Naast schakelbare diodes kunnen de BiFeO₃-kristallen ook nog eens ingezet worden in fotovoltaïsche cellen. Een voordeel is dat licht uit de blauwe kant van het spectrum in elektrische energie kan worden omgezet. Blauw licht wordt minder dan andere kleuren door bewolking gefilterd, zodat het ook op bewolkte dagen nog redelijk fel is. Conventionele zonnecellen kunnen het blauwe licht echter niet benutten. De onderzoekers rest nu de taak om het ferro-elektrische materiaal geschikt te maken voor lithografisch processen, zodat de diodes of zonnecellen in de massaproductie van elektronica gebruikt kunnen worden.

Reacties (55)

[japaveh]

Conventionele zonnecellen kunnen het blauwe licht echter niet benutten

Zoals het hier nu staan is het onzin. Conventionele zonnecellen kunnen het blauwe licht juist wel absorberen. Blauw licht heeft immers de hoogste energie en worden dus het gemakkelijkst geabsorbeerd. Bovendien vind ik deze bewering ook niet terug in het originele persbericht.

[iMispel]

Conventionele zonnecellen kunnen het blauwe licht juist wel absorberen. Blauw licht heeft immers de hoogste energie en worden dus het gemakkelijkst geabsorbeerd.

Absoluut niet! Het is niet zo dat, omdat blauw licht de meeste energie-inhoud heeft, het gemakkelijkst te absorberen valt. Hier is men blijkbaar ook ontdekkingen gedaan op gebied van fotovoltaïsche cellen die het volledige spectrum kunnen absorberen. Dit toont voor mij dus aan dat de huidige cellen dit niet kunnen, gezien het artikel behoorlijk recent is.

[japaveh]

In dat artikel staat de werking van een polymeer die blijkbaar beter over het gehele spectrum zou werken. Dat soort polymeren bootsen waarschijnlijk (ik ben geen expert in polymeer zonnecellen) het gedrag van multi-junctie zonnecellen na, waarbij er meerdere zonnecellen met oplopende bandgap boven elkaar worden geplaatst. Ik reageer alleen op de stelling in het nieuwsbericht dat conventionele zonnecellen helemaal geen blauw lichten zouden absorberen.

Uiteraard is het zo dat de 'blauwe' fotonen zelfs teveel energie hebben waardoor het teveel aan energie verloren gaat aan thermalisatie (opwarmen van de cel). Daarom wordt er ook gewerkt aan down-conversie waarbij dit soort effecten worden tegengegaan.

Het blijft overigens wel zo dat voor direct zonlicht, dus niet dat zonlicht dat wordt gescatterd door de wolken het meest efficient geabsorbeerd kan worden door Si/GaAs zonnecellen wanneer je je beperkt tot cellen met maar 1 junctie.

[RocketKoen]

edit:

Ik kan er niks over vinden in de bron (de server is overbelast). maar het is welbekend dat bewolking juist het blauwe (UV) gedeelte van het lichtspectrum filtert. en dat zonnecellen licht richting UV en IR slecht gebruiken (ivm te veel of te weinig energie om het bandgap te overbruggen)

[Reactie gewijzigd door RocketKoen op 23 juli 2024 05:55]

[Xzorby]

Zuurstof- en ozonmoleculen houden bijna alle UV onder 290nm tegen. Daar heeft bewolking weinig invloed op.

Van het licht dat wel doorgelaten wordt (>290nm) zal UV-A en blauw licht met een kleine golflengte (= hoge frequentie) zoals japaveh al zei de meeste energie hebben en dringt het beter door de bewolking. Juist de andere kant van het kleurenspectrum wordt dus vooral 'gefilterd'!

In de oceaan bijvoorbeeld dringt van boven naar beneden eerst het rood, dan het groen en geel, en dan pas het blauw niet meer door. Het lijkt me dat dit met bewolking ook zo werkt; dat zijn ook watermoleculen.

[Reactie gewijzigd door Xzorby op 23 juli 2024 05:55]

[viggen60]

Kleine rand nota geel wordt gevormd door rood en groen

[Xzorby]

Met rood en groen licht kan je inderdaad licht maken dat er geel uitziet, maar licht met een golflengte van ongeveer 570nm is wel degelijk puur geel.

[jvo]

De echte wereld bestaat niet uit RGB-ledjes Er bestaat zowaar echt zoiets als geel licht.

[Anoniem: 46304]

Maar er zijn meer rode, groene en gele fotonen dan blauwe. De verdeling gaat ruwweg volgens een Planck-curve bij 6000K (oppervlaktetemperatuur van de Zon), en dan ligt de piek ergens bij geel-groen.

[Anoniem: 94246]

Ik weet niet of dit mag, maar goed - Uit de bron:

Cheong also claimed that, besides enabling new devices and circuits, solar cells using the new diode could harvest the blue light of the spectrum, which remains bright even on cloudy days.

[japaveh]

Ja, dat zegt dus niets over de huidige zonnecellen, alleen dat ook deze cellen eventueel het blauwe licht kunnen absorberen. Dit geeft alleen naan dat dit type diode een vrij hoge bandgap heeft.

Silicium heeft een bandgap van ongeveer 1.1eV, wat neerkomt op 1200nm. Een standaard Si zonnecel absorbeert dus al het licht tot 1200nm, inclusief het blauwe licht.

Voor de volledigheid: Op de website van NREL staat een gedetailleerd overzicht van het AM1.5 spectrum, wat het standaard zonnespectrum op aarde is.

[Anoniem: 46304]

Het probleem is echter dat conventionele zonnecellen uit een blauw foton niet meer energie peuteren dan uit een rood, hoewel er ongeveer 2 keer zoveel energie in een blauw foton dan in een rood zit. De helft wordt dus weggegooid.

Men laat bij een conventionele zonnecel namelijk elektronen in een hogere energieband springen, Elk foton dat genoeg energie heeft om dat te doen stopt precies de bandafstand in dat elektron, de rest gaat verloren aan opwarming. Die bandafstand is min of meer in te stellen, maar als je 'm te hoog neemt worden er te veel fotonen helemaal niet gebruikt (alles met een energie kleiner dan de bandafstand) en is het rendement nog slechter.

[viggen60]

Euh... zenerdiode dan?
Bestaat toch al lang nee?
Zie het nut niet direct. Het voordeel van een diode is dat die spert in één richting (tot een bepaalde piekspanning maar dan is uw diode kapot) en voor de speciale gevallen heb je een zenerdiode.
En waarom kan deze daardoor blauw licht opnemen ipv de conventionele fotoelektriche diode
En wat is de voordeel van blauw licht (lager golflengte, hogere frequentie tov rood licht)?
Wel héél kort door de bocht uitleg vind ik persoonlijk.

[iMispel]

Een zenerdiode kan inderdaad stroom in 2 richtingen doorlaten. Maar hier staat in de inverse richting een welbepaalde spanning over. Dit wordt dikwijls gebruikt als men een bepaalde (eventueel maximale) spanning over een component wil toelaten, indien de spanning hoger wordt gaat de diode gaan geleiden en staat er de zenerspanning over. Hiervan kan men echter niet de polariteit wisselen: In doorlaatrichting werkt ze als een gewone diode, in sper staat de vaste zenerspanning erover in de aangelegde spanning hoog genoeg.

De uitvinding hier is echter compleet iets anders. Ik zou het vergelijken met 2 dioden die in anti-parallel staan, waarvan er slechts 1 tegelijk kan werken en waarbij men door middel van een spanningspiek kan kiezen welke gebruikt wordt.

[viggen60]

Dat is waar en een shokley diode?

[KoKro]

Een Shockley diode begint pas te geleiden nadat een drempelspanning wordt overschreden (sec gezien geldt dat ook voor een gewone diode, maar daar is de drempel laag) en dat dan blijft doen totdat een minimale drempelspanning wordt bereikt. De doorlaatrichting (en dus ook de sperrichting zijn wel altijd hetzelfde)

Op wikipedia staat behoorlijk uitgebreid beschreven welke diodes er zijn en wat globaal hun functie is.

[TheekAzzaBreek]

Wat je met omkeerbare diodes zou kunnen doen kan ik me ook geen voorstelling bij maken, maar het voordeel van de blauwgevoeligheid wordt toch echt uitgelegd: beter bruikbaar bij bewolkt weer.

[jeroenathome]

Je kan ze in geheugen modules toepassen. Een diode een P N overgang minder als een transistor dus zou er meer opslag mogelijk zijn met dezelfde ruimte op een chip.

Je kan de waarde 1 en 0 toekennen door te meten hoe de diode geleid.

[flamingworm]

Conventiele zonnecellen kunnen blijkbaar niet om met blauw licht, en aangezien blauw licht het minst gefilterd wordt op een bewolkte dag, kunnen deze diodes dus de opbrengst verhogen als het bewolkt is. lezen is ook een kunst.

[styno]

Niet alleen als het bewolkt is maar altijd wanneer overdag is, dus ook onder een strakblauwe hemel.

[Meester_J]

Ik ben wel benieuwd in welke richting die piekspanning voor het omkeren geplaatst moet worden, anders kan je lijkt mij rare dingen krijgen...

[NBK]

De meest logische gok lijkt mij in de sper richting. Door de spannig hoog genoeg op te voeren krijg je een soort van spanningsdoorslag die de kristallen herschikt en waarna de diode in de nieuwe richting gaat geleiden.
Als je de spannig in doorlaat richting met verhogen naar het kritieke punt gaat er waarschijnlijk veel te veel stroom lopen en blaas je de diode op.
Ik vraag me wel af hoe hoog die spanning moet zijn. Bij een te hoge spanning zou je ongewenst schade aan de rest van de componenten kunnen veroorzaken. Een te lage spanning zou ongewenst herschikken kunnen veroorzaken.

[mesm90]

even ervanuitgaand dat we de diode bekijken op de manier dat de sperrichting naar rechts is:

Ik zet op de rechterkant een piekspanning,
de sperrichting verandert nu en verplaatst zich naar links
dien ik nu aan de linkerkant een piekspanning te genereren om het geheel weer om te draaien?

[Anoniem: 46304]

Ik zet op de rechterkant een piekspanning,

Je zet een spanning tussen twee punten, niet "op" een punt.

[Sunbeam-tech]

Hmm volgens mij klopt dat ook niet.

Je zet ergens 'spanning' op en dan pas kan er 'stroom' lopen.

Op een stopcontact staat ook spanning op maar één draad (de bruine / fase draad) en er loopt geen stroom omdat er geen stroomkring is aangesloten (naar de blauwe / nuldraad).

Totdat je een verbruiker in het stopcontact steekt die de spanning naar de verbruiker geleid en er dus een stroom loopt.

[Reactie gewijzigd door Sunbeam-tech op 23 juli 2024 05:55]

[_Pussycat_]

Spannung is potentiaalverschil tussen 2 punten. Er staat geen spanning op de bruine draad; er is spannung tussen de bruine draad en de aarde (aarde kan ook jouw vinger zijn)

[Sunbeam-tech]

Ok, ik hoopte al dat er iemand was die het nog net even beter kon uitleggen dan ik
Ik wist niet helemaal meer hoe het nou ook alweer zat.

Maar je krijgt stroom aangeleverd via het stopcantact dus als er geen spanning op de bruine draad staat wat staat er dan wel op?
Het is wel handig dat als je de stekker in het stopcontact steekt dat er ook stroom gaat lopen toch?

Ik heb altijd geleerd dat er op de bruine draad spanning staat en op de blauwe niet. Dus die zou dan toch gewoon aan te raken zijn zonder een schok te krijgen?
Wat is dan precies de defenitie van spanning?

Is hier niemand elektrotechnieker die dit even helder kan toelichten?

[KoKro]

Het is wel off-topic, maar toch....

Ons elektriciteitsnet (thuis) wordt als ~230V wisselspanning geleverd. Zoals hierboven al wordt aangegeven is de spanning (potentiaalverschil) tussen de fasedraad (de bruine in de gebruikte kleurcodering) en de aarde gemiddeld die 230V. Het potentiaalverschil tussen de 'nul' (blauwe draad) en de aarde is 0V. Vandaar dat je met een spanningzoeker maar op één gat van een wandcontactdoos _{(stopcontact is wanneer je een steker in een wandcontactdoos hebt gestoken, dan heb je contact met de zekering, de 'stop')} het lampje laat branden.

Zodra je dus een apparaat in de wandcontactdoos hebt gestoken krijg je een stroomkring en kan door de spanning over het apparaat er stroom doorheen lopen.

Een diode, waar het artikel over gaat wordt gebruikt in gelijkspanningscircuits. Daar heb je dus een + en een - kant.

[Anoniem: 292610]

Zou je hier mee een geheugencel kunnen maken ? Normaal "slijten" diodes niet .. dus dan kun je er wellicht een Solid State Drive van maken die je onbeperkt kan beschrijven.

[Neglacio]

Zoals jeroenathome al verteld heeft, dan is dit vrij simpel te doen.

Een transistor is niets meer dan twee verschillende diode's die een gemeenschappelijk punt hebben. Dus een transistor heeft 150% de grootte van een diode. Hiermee bespaar je heel wat plaats.

Nu valt wel te bezien wat voor effect zulke piekspanningen hebben. Misschien slijten ze uiteindelijk toch wel. Voor simpele automatiseringsprocessen kan dit handig zijn, maar ik vrees ervoor dat iets dat duizenden keren per seconde moet schakelen zulke pieken wel kan dissiperen en verdragen. Nu spreek ik wel al over dingen zoals CPU's, maar ik heb geen flauw idee wat dit met geheugen zou doen.

Mooie ontwikkeling, en hopelijk komt er na wat onderzoek hier iets moois uit. Ik sta al te popelen.

[viggen60]

Voordeel van een transistor is dat je signalen kunt versterken.
Diode is om spanning in de juiste richting te laten lopen

[Neglacio]

Juist, de emitterstroom stijgt als de basisstroom (en de hfe) hoger komt te liggen qua waarde.

Maar computers en digitale elektronica werken enkel met de schakelfunctie van transistors, dus 1 of 0. Deze waarden kun je aan alles toekennen en afmeten, maar enkel transistors zijn zo gemakkelijk en zo miniaturistisch te gebruiken, dat de rest niet wordt gebruikt.
Naast kwantumfysische dingen (die nog een grote ontwikkeltijd voor de boeg hebben) is dit misschien wel een mooi alternatief in geheugens.

[KoKro]

Volgens mij is het te kort door de bocht om te spreken van een 33% ruimtewinst. Inderdaad bestaat een standaarddiode uit een P- en een N-laag halfgeleidermateriaal en is dit bij een transistor NPN of PNP. Die tussenlaag is echter maar heel dun.
Bovendien wordt in het artikel beschreven dat er een nieuw kristalstructuur is gemaakt. Hoe dat in grootte zich verhoudt met een laagje N-gedoteerd silicium???

Een geheugencel in SRAM bestaat uit 6 transistoren (wiki), maar of deze diodes ook als flipflops kunnen werken kan ik niet beoordelen.

In SRAM is de cel feitelijk een capaciteit (condensator) en een transistor. De 0 of 1 wordt volgens mij bepaald door de lading van de capaciteit. De rol van de transistor is me daar niet helemaal duidelijk. Dus ook hier vraag ik me af of deze nieuwe diode die rol kan overnemen en zo dus ruimte besparen.

[GENETX]

Dat is inderdaad een goede. Als hij bij spanningsverlies gewoon zijn laatste toestand behoud dan zou je inderdaad later de stand weer kunnen uitlezen en heb je inderdaad een geheugenfunctie waarmee je data kan opslaan.

Nu de vraag: is het goedkoper als de huidige techniek en is het in een klein proces te krijgen. Ik zit namelijk niet op een grote bak te wachten naast mijn PC ter grootte van de eerste HDD om 1TB op te slaan

Edit: Volgens jeroenathome hierboven zou deze techniek zelfs kleiner zijn als het gebruik van transistoren waardoor je meer kwijt kunt op hetzelfde oppervlak.

[Reactie gewijzigd door GENETX op 23 juli 2024 05:55]

[avdg-BE]

dan heb je zeker nog 2 diodes nodig om te weten om te weten of het warm of koud is

iemand een idee voor een symbool?

@link0007 waarschijnlijk dan nog een zonnetje bij

[Reactie gewijzigd door avdg-BE op 23 juli 2024 05:55]

[link0007]

diode met schuine pijl erdoor?

[GENETX]

Het is ergens wel een regelbare diode ja, maar een schuine streep lijkt me eerlijk gezegd niet echt op zijn plaats. Je regelt alleen de sperrichting, niet de weerstand of iets dergelijks.

Ik zit eerder te denken aan een dubbel diode teken waar de een dus is omgedraaid:

->|<- of -|<->|-

Voor de niet kenners, het normale diode teken:

->|-

[High-Voltage2]

Geen goed idee. Hetgeen je daar tekent zijn al equivalente van een bipolaire transistor...

[SPee]

Zouden de diodes dan ook als fotovoltaïsche cellen gebruikt kunnen worden (2 in 1)
Dus een diode die zelf zijn spanning doorstuurt? Of zou die energie daarvoor echt té klein zijn

[JapyDooge]

Ja handig, in plotselinge felle zon verandert de stroomrichting ineens

[avdg-BE]

gebruik dan nog eens 4 diodes om de stroom gelijk te richten

[Louw Post]

Wil dit ook zeggen dat je niet meer hoeft uit te zoeken welke kant van de led nou de + en de - was? Want dit was vaak een probleem bij het solderen op school

[TheBorg]

Ezelsbruggetje: KNAP
Kathode Negatief, Anode Positief.

[Anoniem: 94246]

en dan is kathode lang en anode kort of was het andersom??

[Anoniem: 105188]

Net anders om... maar dat is alleen geldig voor oudere (nu grote maar toen was dat toch echt klein) LED's. Kathode is het korte voetje of wel de platte kant.

[Meester_J]

2 streepjes zijn langer dan 1, dus het lange pootje is altijd de plus
owja, en vaak zit er een plat kantje aan bij een ronde led, das dan weer de min.
en als je heel goed kan kijken, zie je een kommetje in de led, das ook de min...

[Reactie gewijzigd door Meester_J op 23 juli 2024 05:55]

[viggen60]

Ik denk dat we hier vooral moeten onthouden dat we nu een junctie hebben die de 2 'richtingen' kan werken.
Voorbeeld van diode of blauw licht lijkt me gewoon simpele ideetjes die snel op papier zijn gezet

[Anoniem: 178962]

Nu snap ik eindelijk wat ze bedoelen als ze bij een sci-fi serie/film zeggen om de polariteit te reversen.