Перовскиты могут удвоить КПД солнечных батарей за счет горячих носителей

Перовскиты могут удвоить КПД солнечных батарей за счет горячих носителей

Американские исследователи показали, что в солнечных элементах на основе перовскитов носители заряда, обладающие избыточной энергией, способны преодолевать значительное расстояние, прежде чем рассеют ее в виде тепла. Это означает, что реализовать фотоэлектрические элементы на горячих носителях, для которых теоретический предел КПД вдвое выше, чем у обычных кремниевых, на практике вполне возможно. Исследование опубликовано в журнале Science.

В самых распространенных на сегодняшний день солнечных элементах, использующих в качестве полупроводника кремний, теоретически возможный коэффициент полезного действия едва превышает 30 процентов. Это связано с тем, что кремниевые элементы способны использовать спектр солнечного света только частично. Фотоны, обладающие энергией ниже пороговой, просто не поглощаются, а обладающие слишком высокой приводят к образованию в фотоэлементе так называемых горячих носителей заряда (например, электронов). Время жизни последних составляет около пикосекунды (10-12 секунды), потом они «остывают», то есть рассеивают избыточную энергию в виде тепла. Если бы горячие носители удавалось собирать, это повысило бы теоретический предел КПД до 66 процентов, то есть вдвое. Несмотря на то что в некоторых экспериментах небольшое сохранение энергии удавалось наблюдать, элементы на горячих носителях пока остаются скорее гипотетическими.

Ученые из Университета Пердью и Национальной лаборатории возобновляемой энергетики (США) внесли вклад в изучение нового перспективного класса фотоэлектрических элементов на основе перовскитов и продемонстрировали, что в таких элементах горячие носители не только обладают повышенным временем жизни (до 100 пикосекунд), но и способны «пробегать» значительные дистанции в несколько сотен нанометров (что сопоставимо с толщиной слоя полупроводника).

Металлорганические перовскиты получили свое название благодаря кристаллической структуре. Она по сути повторяет структуру природного минерала — перовскита, или титаната кальция. Химически они представляют собой смешанные галогениды свинца и органических катионов. Авторы работы использовали распространенный перовскит на основе иодида свинца и метиламмония. Исходя из того, что в перовскитах время жизни горячих носителей существенно увеличено по сравнению с другими полупроводниками, авторы решили выяснить, на какое расстояние могут переноситься горячие носители за время их остывания. С использованием ультраскоростной микроскопии исследователям удалось непосредственно пронаблюдать транспорт горячих носителей в тонких пленках перовскита с высоким пространственным и временным разрешением. 

В настоящее время в быту используются в основном кремниевые фотоэлементы, реальный КПД которых составляет 10–20 процентов. Элементы на основе перовскитов появились менее 10 лет назад и сразу вызвали к себе заслуженный интерес (о них мы уже писали ранее). КПД таких элементов быстро увеличивается и практически доведен до 25 процентов, что сопоставимо с лучшими образцами кремниевых фотоэлементов. К тому же они очень просты в производстве. Несмотря на технологический успех, физические принципы работы перовскитовых элементов относительно мало изучены, поэтому обсуждаемая работа ученых из США вносит важный вклад в фундаментальные основы фотовольтаики и, конечно, влечет за собой перспективу дальнейшего увеличения КПД солнечных элементов. 

Дарья Спасская

N+1

Похожие новости:
Ученые увеличили КПД прозрачных солнечных батарей
Специалисты из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали эффективные прозрачные солнечные батареи. Это изобретение было сделано еще в прошлом году, но сейчас его создатели вдвое увеличили КПД батарей, сообщает «Азиатский репортер». Ученые из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе смогли значительно увеличить эффективность прозрачных ..
2013-07-31 2792 0 Технология
0
Ученые разработали новый способ охлаждения с графеном
Исследовательская группа из Калифорнийского Университета (University of California) разработала новый способ охлаждения с использованием многослойного графена для отвода тепла от нитрида галлия — полупроводниковый материал, используемый в различных устройствах, начиная от электрических автомобилей и заканчивая светофорами, сообщает «WordScience.org». Новый ..
2012-05-16 1930 0 Технология
0
Разработаны прозрачные солнечные батареи для окон
Инженеры из Калифорнийского университета в Лос Анджелесе разработали фотоэлементы, которые поглощают свет преимущественно в инфракрасном диапазоне и поэтому обладают достаточной прозрачностью для применения в окнах и экранах электронных устройств. Описание разработки опубликовано в журнале Energy & Environmental Science, кратко ..
2013-07-31 1988 0 Технология
0
Новый метод повысит мощность солнечных батарей
Команда исследователей из Имперского колледжа в Лондоне обнаружила, что если разместить множество цилиндрических алюминиевых шипов на вершине солнечных батарей, то это может значительно повысить количество света, которое будет захватываться поглощающем слоем солнечных батарей, что повысит их мощность больше ..
2013-10-24 2418 0 Технология
1
Ученые применят в солнечных батареях красители
Ученые из Йельского университета в шутку говорят, что будущее для некоторых солнечных батарей будет флуоресцентным. Они улучшили способность перспективных солнечных элементов поглощать свет и преобразовывать его в электрическую энергию путем добавления флуоресцентного органического красителя. Этот скюариновый краситель (squaraine dye) ..
2013-05-11 2069 0 Технология
0
Новая технология увеличивает КПД солнечных батарей
По словам ученых, материал, который разделяет частицы света на несколько пакетов энергии в конечном счете может сделать работу солнечных батарей более эффективной. Материал, известный как пентацен (pentacene), находясь в тонком слое покрытия солнечной батареи, может ..
2013-04-21 3282 0 Технология
0
Неорганические наноматериалы становятся доступнее
После первых успехов, связанных с использованием богатого кислородом пламени для синтеза привычных наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки, нановолокна и фуллерены, учёные из Университета Оклахомы (США) попробовали применить тот же подход для создания новых типов наноструктур. Однако на сей раз вместо синтезирования ..
2012-11-2 1686 0 Технология
0
Новые японские батареи увеличат время работы смартфонов
Деловая газета Nikkei сообщила о новой инновационной технологии японских ученых. Компания Shin-Etsu Chemical разработала новейшую технологию производства литий-ионных аккумуляторных батарей. В состав батарей будет входить новый компонент, который увеличит емкость элементов питания ..
2013-08-3 2193 0 Технология
0
В парках Москвы установят солнечные батареи и ветряки
Парки Москвы будет освещать с помощью альтернативных источников энергии - солнечных батарей и ветрогенераторов, сообщается в понедельник на сайте столичного департамента природопользования и охраны окружающей среды. Ранее власти Москвы сообщили, что занимаются разработкой проекта по внедрению в столичных парках технологии ..
2012-02-7 2299 0 Технология
0
В Токио открылась Международная экологическая выставка
В четверг в Токио открылась выставка, на которой более 700 компаний и организаций представили свою экологически чистую продукцию. PanaHome, дочерняя компания японского производителя электроники Panasonic, представила дом, крыша которого полностью сделана из панелей солнечных батарей. Представители компании ..
2013-12-13 1363 1 Технология
0
Армия США научит 3D-принтеры печатать еду
Командование Армии США заинтересовалось возможностью трехмерной печати еды в боевых точках, сообщает The ArmyTimes. Предварительные исследования уже начались. Разработкой технологии занимается Управление боевого продовольственного обеспечения (CFD) министерства обороны США. По словам руководителя подразделения продовольственных технологий управления ..
2014-08-19 2190 0 Технология
0
Будущие батареи будут работать на сахаре
Исследователи из Токийского научного университета обратили свой пристальный взор на сахар в надежде, что с помощью данного продукта питания наконец-то удастся решить проблему растущих расходов, связанных с созданием литий-ионных батарей. Возможно, ученые обнаружили идеальный компонент для создания ..
2012-10-5 2293 2 Технология
0
Группа учёных разработала новый тип солнечных батарей
Коллектив учёных из кембриджского университета разработал новый тип солнечных батарей, у которых максимальная эффективность по сравнению с обычными солнечными батареями, больше на 25 процентов, сообщает «АйтиХак». Традиционные солнечные элементы относительно неэффективны в плане захвата солнечного света и в следствии этого многие ..
2012-02-9 6751 0 Технология
0
Вакуум увеличил КПД солнечных батарей
Инженеры из Швейцарского федерального института технологий Лозанны нашли способ усовершенствовать перовскитные солнечные батареи (ПСБ), увеличивая площадь фотоэлементов и сохраняя высокую эффективность преобразования света в электричество. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.Солнечные батареи из перовскита являются ..
2016-06-10 1777 0 Технология
0
Ученые США знают, как сделать крышу солнечной батареей
Солнечные батареи до сих пор производятся только специализированными предприятиями, и для их изготовления используются некоторые высокотоксичные вещества, такие как хлорид кадмия. Однако исследователь из Колледжа Св. Марии в штате Мэриленд говорит, что скоро мы сможем создавать солнечные батареи, просто рисуя их на подходящей для этого ..
2015-10-11 1761 0 Технология
1