Войти с помощью


красный зелёный голубой

Многие вещи нам не понятны не потому что наши понятия слабы, а потому что сии вещи не входят в круг наших понятий.

Перовскиты могут удвоить КПД солнечных батарей за счет горячих носителей

Перовскиты могут удвоить КПД солнечных батарей за счет горячих носителей

Американские исследователи показали, что в солнечных элементах на основе перовскитов носители заряда, обладающие избыточной энергией, способны преодолевать значительное расстояние, прежде чем рассеют ее в виде тепла. Это означает, что реализовать фотоэлектрические элементы на горячих носителях, для которых теоретический предел КПД вдвое выше, чем у обычных кремниевых, на практике вполне возможно. Исследование опубликовано в журнале Science.

В самых распространенных на сегодняшний день солнечныхэлементах, использующих в качестве полупроводника кремний, теоретическивозможный коэффициент полезного действия едва превышает 30 процентов. Это связано с тем, что кремниевые элементыспособны использовать спектр солнечного света только частично. Фотоны,обладающие энергией ниже пороговой, просто не поглощаются, а обладающие слишкомвысокой приводят к образованию в фотоэлементе так называемых горячих носителейзаряда (например, электронов). Время жизни последних составляет около пикосекунды (10-12секунды), потом они «остывают», то есть рассеивают избыточную энергию в видетепла. Если бы горячие носители удавалось собирать, это повысило бы теоретическийпредел КПД до 66 процентов, то есть вдвое. Несмотря на то что в некоторых экспериментахнебольшое сохранение энергии удавалось наблюдать, элементы на горячих носителяхпока остаются скорее гипотетическими.

Ученые из Университета Пердью и Национальной лабораториивозобновляемой энергетики (США) внесли вклад в изучение нового перспективногокласса фотоэлектрических элементов на основе перовскитов и продемонстрировали,что в таких элементах горячие носители не только обладают повышенным временемжизни (до 100 пикосекунд), но и способны «пробегать» значительные дистанции внесколько сотен нанометров (что сопоставимо с толщиной слоя полупроводника).

Металлорганические перовскиты получили свое название благодаря кристаллической структуре. Она по сути повторяет структуру природного минерала — перовскита, или титаната кальция. Химически они представляют собой смешанные галогениды свинца и органических катионов. Авторы работы использовали распространенный перовскит на основе иодида свинца и метиламмония. Исходя из того, что в перовскитах времяжизни горячих носителей существенно увеличено по сравнению с другимиполупроводниками, авторы решили выяснить, на какое расстояние могут переноситься горячие носители за время их остывания. С использованиемультраскоростной микроскопии исследователям удалось непосредственнопронаблюдать транспорт горячих носителей в тонких пленках перовскита с высокимпространственным и временным разрешением.

В настоящее время в быту используются в основном кремниевые фотоэлементы, реальный КПД которых составляет 10–20 процентов.Элементы на основе перовскитов появились менее 10 лет назад и сразу вызвали ксебе заслуженный интерес (о них мы уже писали ранее). КПД таких элементов быстро увеличивается и практически доведен до 25 процентов, что сопоставимо с лучшими образцами кремниевых фотоэлементов. Ктому же они очень просты в производстве. Несмотря на технологический успех, физические принципыработы перовскитовых элементов относительно мало изучены, поэтому обсуждаемаяработа ученых из США вносит важный вклад в фундаментальные основыфотовольтаики и, конечно, влечет за собой перспективу дальнейшего увеличения КПД солнечныхэлементов.

Дарья Спасская

N+1

Поставьте оценку:
Рейтинг 0 (Проголосовало: 0)
Понравилось? Поделитесь с друзьями через кнопки социальных сетей!

Добавить страницу в закладки

0
187
Популярные видео каналы