3698
Дослідники Університету Гронінгена в Нідерландах знайшли спосіб утримувати надлишкову енергію світла в матеріалі сонячного елемента приблизно у тисячу разів довше, ніж зазвичай. Відкриття стосується олов’яних перовськітів і теоретично може допомогти майбутнім фотоелементам перевищити класичну межу ефективності близько 33%.
Коли фотон потрапляє в напівпровідник, він передає енергію електрону. Особливо енергійні фотони створюють так звані гарячі електрони — носії заряду з великим запасом додаткової енергії.
Проблема в тому, що ця енергія зазвичай зникає майже миттєво. Гарячі електрони охолоджуються за пікосекунди, віддаючи надлишок у кристалічну решітку у вигляді тепла ще до того, як їх можна ефективно використати для генерації електроенергії.
У спеціальному олов’яному перовськіті команда побачила іншу поведінку. Охолодження розтягнулося до наносекунд — приблизно у тисячу разів довше. Самі науковці спочатку настільки здивувалися результату, що почали перевіряти, чи немає помилки у вимірюваннях.
Для пояснення ефекту професор Ян Антон Костер і аспірант Тім Фабер створили комп’ютерні симуляції. Вони виявили два механізми, які працюють одночасно.
Перший називають гарячим фононним бар’єром. Коли електрони віддають тепло кристалічній решітці, локальне середовище нагрівається й частина енергії повертається назад до електронів.
Другий механізм пов’язаний з ефектом Бернстайна-Мосса. Нижчі енергетичні стани в матеріалі вже зайняті збудженими електронами, тому іншим носіям складніше перейти на нижчий рівень і швидко охолонути.
Команда підтвердила пояснення за допомогою моделювання Ensemble Monte Carlo та вимірювань фотолюмінесценції з часовим розділенням. Комп’ютерна модель відтворила те саме довге охолодження, яке спостерігалося в лабораторії.
Олов’яні галогенідні перовськіти цікаві ще й тим, що не містять свинцю. Матеріал має малу ефективну масу електронів, добре поглинає світло й дозволяє зарядам швидко рухатися.
До комерційної панелі з ефективністю понад 33% ще далеко. Дослідникам потрібно навчитися не лише зберігати енергію гарячих електронів, а й швидко вилучати її в зовнішній електричний ланцюг. Проте сам факт тисячократного уповільнення втрат відкриває шлях до архітектур, які раніше вважалися практично недосяжними.
https://itc.ua/ua/novini/novyj-material-dolaye-33-kpd-sonyachnyh-panelej/
