Ученые нашли способ усилить солнечные батареи на основе перовскита с помощью квантовых точек

Перовскиты представляют собой гибридные соединения, состоящие из галогенидов металлов и органических компонентов.

Они демонстрируют большой потенциал в целом ряде приложений, например, в светодиодных источниках света, лазерах и фотодетекторах, но их основной вклад приходится на солнечные элементы, где они готовы обогнать на рынке свои кремниевые аналоги.

Одно из препятствий, с которыми сталкивается коммерциализация перовскитных солнечных элементов, заключается в том, что их эффективность преобразования энергии и стабильность работы снижаются по мере их масштабирования, что затрудняет поддержание высокой производительности в полном солнечном элементе.

Проблема частично связана со слоем переноса электронов клетки, который гарантирует, что электроны, образующиеся при поглощении клеткой света, будут эффективно передаваться электроду устройства.

В перовскитных солнечных элементах электрон-транспортный слой выполнен из мезопористого диоксида титана, который демонстрирует низкую подвижность электронов, а также подвержен неблагоприятным фотокаталитическим явлениям под действием ультрафиолетового света.

В новой публикации в журнале Science ученые под руководством профессора Майкла Гретцеля из EPFL и доктора Донг Сук Ким из Корейского института энергетических исследований нашли инновационный способ повышения производительности и поддержания ее на высоком уровне в перовскитных солнечных элементах даже при крупные масштабы.

Инновационная идея заключалась в том, чтобы заменить электронно-транспортный слой тонким слоем квантовых точек.

Квантовые точки представляют собой частицы нанометрового размера, которые действуют как полупроводники и излучают свет определенной длины волны (цвета) при освещении.

Их уникальные оптические свойства делают квантовые точки идеальными для использования в различных оптических приложениях, включая фотогальванические устройства.

Ученые заменили электронно-транспортный слой диоксида титана в своих перовскитных ячейках тонким слоем квантовых точек оксида олова (IV), стабилизированного полиакриловой кислотой, и обнаружили, что это увеличивает светоулавливающую способность устройств, а также подавляет безызлучательную рекомбинацию. явление снижения эффективности, которое иногда возникает на границе раздела между электронно-транспортным слоем и реальным слоем перовскита.

Используя слой квантовых точек, исследователи обнаружили, что перовскитные солнечные элементы площадью 0,08 квадратных сантиметра достигли рекордной эффективности преобразования энергии 25,7% (сертифицировано 25,4%) и высокой стабильности работы, облегчая при этом масштабирование.

При увеличении площади поверхности солнечных элементов до 1, 20 и 64 квадратных сантиметров эффективность преобразования энергии составила 23,3, 21,7 и 20,6% соответственно.