Ученые нашли способ повысить эффективность и долговечность солнечных элементов
Ученые нашли способ сделать солнечные элементы на основе перовскитов эффективнее и долговечнее. Новый подход позволяет выращивать более крупные и однородные кристаллы с меньшим количеством дефектов, из-за которых часть энергии обычно теряется.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 10 октября /Новости науки/. Ученые разработали способ выращивания более крупных и однородных кристаллов перовскита с меньшим количеством дефектов. Созданные на их основе солнечные элементы и светодиоды показали эффективность около 24–26%. Об этом говорится в статье, опубликованной в Science.
Перовскиты — это особый класс кристаллических материалов, способных поглощать свет и преобразовывать его энергию в электричество. Их рассматривают как перспективную основу для солнечных элементов нового поколения, поскольку такие материалы можно наносить тонкими слоями и получать из растворов, что потенциально упрощает производство.
Однако перовскитная пленка обычно состоит из множества небольших кристаллов. На границах между ними могут возникать дефекты, из-за которых часть энергии теряется. Проблема становится особенно заметной при увеличении площади солнечного элемента.
Чтобы улучшить структуру материала, исследователи добавили в раствор для получения перовскита две соли — бромид цинка и хлорид метиламмония. При нагревании они образовывали легкоплавкую смесь, которая на некоторое время становилась жидкой вокруг растущих кристаллов.
Эта временная жидкая прослойка позволяла кристаллам перестраиваться и расти более упорядоченно. При дальнейшем нагревании хлорид метиламмония испарялся, а цинк оставался преимущественно возле границ кристаллов и помогал уменьшать количество электронных дефектов.
С помощью рентгеновских методов ученые проследили за этим процессом и подтвердили, что во время нагревания материал возле границ кристаллов действительно временно переходит в более неупорядоченное, похожее на жидкость состояние, а затем снова становится твердым.
В результате получались более крупные и однородные кристаллы с меньшим количеством структурных дефектов. Метод оказался эффективным для нескольких вариантов состава перовскита, которые проверили исследователи.
Исследователи также обнаружили, что в обработанном материале электроны и возникающие при их возбуждении так называемые дырки существовали дольше до обратного соединения. Это означает, что меньше захваченной светом энергии теряется внутри материала.
Ученые планируют изучить другие сочетания добавок, способных создавать подобные временные жидкие фазы во время роста кристаллов. В перспективе этот подход может помочь получать более качественные перовскитные материалы для эффективных и масштабируемых солнечных элементов и светодиодов.
Перовскиты — это особый класс кристаллических материалов, способных поглощать свет и преобразовывать его энергию в электричество. Их рассматривают как перспективную основу для солнечных элементов нового поколения, поскольку такие материалы можно наносить тонкими слоями и получать из растворов, что потенциально упрощает производство.
Однако перовскитная пленка обычно состоит из множества небольших кристаллов. На границах между ними могут возникать дефекты, из-за которых часть энергии теряется. Проблема становится особенно заметной при увеличении площади солнечного элемента.
Чтобы улучшить структуру материала, исследователи добавили в раствор для получения перовскита две соли — бромид цинка и хлорид метиламмония. При нагревании они образовывали легкоплавкую смесь, которая на некоторое время становилась жидкой вокруг растущих кристаллов.
Эта временная жидкая прослойка позволяла кристаллам перестраиваться и расти более упорядоченно. При дальнейшем нагревании хлорид метиламмония испарялся, а цинк оставался преимущественно возле границ кристаллов и помогал уменьшать количество электронных дефектов.
С помощью рентгеновских методов ученые проследили за этим процессом и подтвердили, что во время нагревания материал возле границ кристаллов действительно временно переходит в более неупорядоченное, похожее на жидкость состояние, а затем снова становится твердым.
В результате получались более крупные и однородные кристаллы с меньшим количеством структурных дефектов. Метод оказался эффективным для нескольких вариантов состава перовскита, которые проверили исследователи.
Исследователи также обнаружили, что в обработанном материале электроны и возникающие при их возбуждении так называемые дырки существовали дольше до обратного соединения. Это означает, что меньше захваченной светом энергии теряется внутри материала.
Ученые планируют изучить другие сочетания добавок, способных создавать подобные временные жидкие фазы во время роста кристаллов. В перспективе этот подход может помочь получать более качественные перовскитные материалы для эффективных и масштабируемых солнечных элементов и светодиодов.
