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 1804 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 1566 0 Технология
1
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 2333 0 Технология
0
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 1398 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 1288 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 1559 0 Технология
0
В 2016 году в России начнется производство солнечных панелей
В следующем году в России начнется производство солнечных панелей на полупроводниковых гетероструктурах. КПД таких панелей в два раза выше современных, а стоимость – ниже. В разработке панелей принимал участие Жорес Иванович Алферов, российский лауреат Нобелевской премии по физике. «Изобретение ..
2015-09-15 2639 0 Технология
2
Ученые побили рекорд эффективности солнечных элементов
Компания «Spectrolab» установила новый рекорд по эффективности солнечной батареи отметкой в 38,8 процента для наземных многопереходных солнечных элементов. Новый мировой рекорд точно не «разгромит» прежней отметки в 37,8 процента, которая была также установлена представителями «Spectrolab». ..
2013-11-23 1397 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 1241 0 Технология
1
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 5396 0 Технология
0
Листья помогли ученым создать новые солнечные батареи
Сосудистые каналы, которые обеспечивают циркуляцию питательных веществ в листьях, вдохновили на развитие микроканальных солнечных батарей. В новом исследовании ученых из Университета Северная Каролина (NC) Orlin Velev и Hyung-Jun Koo показано, что создание устройств солнечных батарей с каналами, которые ..
2013-08-16 1031 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 1160 0 Технология
0
Инженеры совершили прорыв в солнечной электроэнергетике
Исследователи шведского университета Лунда провели успешный эксперимент, который показал, что нанопровода могут быть использованы для производства солнечных батарей. Это позволит снизить стоимость батарей и улучшить их качество, сообщает «Новости Украины». «Наши результаты наглядно показали, что использование нанопроводов ..
2013-01-21 1322 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 ..
2016-06-10 921 0 Технология
0
Солнечные батареи обновили сразу два рекорда эффективности
Компания First Solar и Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии сообщили сразу о двух прорывах в технологии тонкопленочных солнечных батарей на основе теллурида кадмия — рекорде эффективности и напряжения, снимаемого с фотоэлементов. Обзор результатов исследований приводит издание MIT Technology Review.First Solar, ..
2016-03-05 1216 0 Технология
0