Изследователите създават паста от наночастици, за да увеличат максимално ефективността на слънчевите клетки от перовскит

Източник: www.wevolver.com

Изследователите са разработили паста, направена от титанов диоксид и резонансни силициеви наночастици, която служи като допълнителен слой в процеса на производство на слънчеви клетки. Резонансните частици на Mie в пастата позволяват да се контролира количеството на абсорбираната светлина и да се увеличи генерирането на фототок, което позволи на изследователите да повишат ефективността на слънчевите клетки до 21%. Важно е, че експериментите са проведени върху халогенидни (MAPbI3) перовскити, които са най-разпространените и добре проучени в областта на фотоволтаиката.

Налични материали

Халогенидните перовскити са едни от най-обещаващите материали в съвременната фотоволтаика, но имат един съществен недостатък: фотоактивният им слой е само около 300-600 нанометра. Такива тънки слоеве не могат да абсорбират цялата входяща светлина, но в същото време не могат да бъдат направени по -дебели - тогава светлината ще се разпръсне по -активно, причинявайки загуби на енергия.

Една от двете стратегии може да се използва за повишаване на ефективността на слънчевите клетки на базата на перовскит: подобряване на събирането на заряд или увеличаване на абсорбцията на светлина. Първата стратегия изисква използването на по -сложни перовскитни състави и въвеждане на допълнителни вещества (обикновено редки метали), както и като цяло увеличаване на сложността на структурата. Естествено, това води до увеличаване на производствените разходи. Изследователи от университета ITMO заедно с колеги от университета Tor Vergata заобиколиха този проблем, като увеличиха концентрацията на светлина в слънчевите клетки. Нещо повече, тяхното решение използва силиций, един от най -достъпните елементи в природата.

„Можем да получим силиций от пясък, така че има почти безкраен запас от този материал. Би било странно решение просто да се въведе силиций в структурата на перовскита, но може да се въведе като наночастица. Такива частици служат като наноантени - улавят светлина и тя резонира вътре в тях. И колкото по -дълго светлината остава във фотоактивния слой, толкова повече тя се абсорбира от материала “, обяснява професор в Института по физика и инженерство на ITMO.

Точни изчисления

Номерът е, че силициевите наночастици със специфични размери са Mie-резонансни. Благодарение на този ефект наночастиците могат да усилват различни оптични явления, включително поглъщане на светлина и спонтанно излъчване. С други думи, те работят като наноантени. Въпреки това, за да се възползват от това свойство, изследователите трябваше да направят сериозни теоретични изчисления и да изградят модел, който да отчита електрофизичните и оптичните свойства на всички слоеве и наночастици, когато те са подложени на външно излъчване и напрежение.

Втората решаваща и сложна задача на проекта беше идентифицирането на най -доброто място за разработената паста. Слънчевите клетки се произвеждат по метода на спиново покритие, когато течните слоеве се нанасят последователно един върху друг. Това прави възможно създаването на тънки филми с контролируемо различна дебелина и концентрация. Освен това, практически всякакви допълнителни материали и вещества могат да се добавят към филмите по време на такова производство.

„С течни методи лесно можем да разделим количеството сухи наночастици в разтвор. Това, което трябваше да решим, беше в кой слой да поставим частиците, резониращи с Мие. Ако бъдат поставени в перовскитния слой, те биха повредили фотоактивните му участъци. Ако трябваше да бъдат поставени в горния транспортен слой, светлината най -вече щеше да бъде погълната от времето, когато достигне наночастиците през всички слоеве под тях. Ето защо поставихме наночастиците в следващия слой след перовскита - по този начин те са по -близо до източника на светлина и работят като антени по -ефективно “, казва Александра Фурасова, първи автор на статията и младши научен сътрудник в Училището по физика на ITMO и Инженерство.

Една проста технология

Разработената паста е лесна за нанасяне и може да се използва със слънчеви клетки от всякакъв състав и конфигурация. В същото време няма допълнителни усложнения в производствения процес, докато цената на получените устройства се увеличава само с 0,3%.

„Пастата може лесно да се нанася с други методи, не само със спин покритие. Това е суров универсален продукт, който може да се използва в други видове слънчеви клетки, както и в производството на различни устройства - фотодетектори, комбайни и оптоелектроника. Такова производство е и екологично, тъй като не използваме редки материали. В резултат на това разработихме доста технологично решение и вярваме, че продуктът ще бъде универсално приложим и търсен “, заключава Сергей Макаров.