Слънчеви клетки си формират наноивици за пренос на заряда?

Перовскитните фотоволтаични клетки достигат висока ефективност: те превръщат повече от 20% от попадащата там светлина директно в използваема енергия. В търсене на механизми за подобряване на технологията изследователи от Института по технологии в Карлсруе (KIT) са открили ивици от нано-структури с променящи се направления на поляризация в слоевете перовскит. Тези структури могат да служат като транспортни пътища за превоз на електрическия товар. Изводът на учените бе публикуван в списание Energy & Environmental Science.

Перовскитните съединения, използвани от учените в KIT, са метални органични съединения със специална кристална структура и отлични фотоволтаични свойства. От откриването на перовскита през 2009 г. соларните клетки от този пматериал преживяха бурно развитие. Междувременно те достигнаха ефективност на преобразуване на светлината в електроенергия от повече от 20%. Това ги прави една от най-обещаващите фотоволтаични технологии.

Все пак изследванията на перовскитни соларни клетки са изправени пред две специфични предизвикателства: слоевете, абсорбиращи светлината, трябва да бъдат по-устойчиви на въздействието на околната среда, а оловото, съдържащо се в тези съединения, трябва да бъде заменено от по-екологични елементи. Това изисква задълбочено разбиране на физическите механизми, които позволяват преобразувнето на абсорбираната слънчева светлина в електрическа енергия.

Интердисциплинарен екип от изследователи от KIT е анализирал перовскитните соларни клетки чрез пиезо-силова микроскопия (PFM) – вид микроскопия за откриване на фероелектрични наноструктури в светлопоглъщащите слоеве. Фероелектричните кристали образуват области с идентична електрическа поляризация. Учените от KIT са забелязали, че – по време на тънкослойно развитие – оловно-йодидните перовскити образуват около 100 наномерта широки ивици от фероелектрични зони с променливи електрически полета. Тази променлива електрическа поляризация в материала би могла да играе важна роля в транспортирането на фотогенериращи заряди от слънчевата клетка и следователно да обясни специалните фотоволтаични свойства на перовскитите.

„Тези фероелектрични структури с големина от порядъка на 10 nm могат да образуват почти напълно отделни транспортни пътища за пренос на заряд в слънчевата клетка“, обяснява Александър Колман, ръководител на Групата по органична готоволтаика в Института за светлинни технологии в KIT. Изследователите търсят такива структури от много години, за да подобрят ефективността на слънчевите клетки. „В перовскитните соларни клетки, изглежда, тези структури сами се развиват при определени условия“, казва професор Майкъл Дж. Хофман, директор на отдела по керамични материали и технологии и директор на Института по приложни материали на KIT (IAM-KWT).

Графика: KIT

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*