Для повышения эффективности исследователи включили наноленты из фосфора в новые типы солнечных элементов

Наноленты фосфора (PNR) представляют собой ленточные нити двумерного материала, состоящего из слоёв  толщиной в один атом. Впервые PNR были получены в 2019 году. Теоретические исследования показывают, что свойства нанолент фосфора помогут улучшить многие виды устройства, включаю аккумуляторы, квантовые компьютеры, медицинские датчики и так далее. Однако пока ни одно из предсказанных впечатляющих свойств не было реализовано на практике.

Томас Макдональд (Thomas Macdonald), ведущий сотрудник кафедры химии и центра технологической электроники в Imperial College London сказал, что захватывающие свойства PNR были описаны в сотнях теоретических исследований, но пока не было примеров использования их на практике. Поэтому они решили провести эксперименты в этом направлении и продемонстрировать универсальность нового наноматериала в высокоэффективных солнечных элементах.

Учёные включили PNR в состав солнечных элементов, сделанных из перовскитов. Это новый класс материалов, для которых, как ожидается, можно будет легко менять способ взаимодействия со световым потоком. Учёные обещают, что перовскитные солнечные элементы можно будет изготавливать из жидких растворов и затем выполнять недорогую печать на тонких гибких плёнках. Новый наноматериал PNR можно будет просто напечатать в качестве дополнительного слоя для улучшения эффективности и функциональности солнечного элемента.

Включив в состав PNR, команда исследователей смогла изготовить перовскитные солнечные элементы с эффективностью выше 21%. Им также удалось на уровне эксперимента проверить, как PNR могут достичь такой высокой эффективности.

Ученые продемонстрировали, что добавление PNR улучшает подвижность «дыр». Это противоположность электронов, которые образуются при попадании солнечного света на фотоэлектрическую панель. Увеличение их подвижности (мера скорости, с которой они движутся через материал) способствует возникновению более интенсивного электрического тока между слоями устройства. Как показали исследователи, данная экспериментальная проверка PNR поможет в будущих исследованиях создать новые правила проектирования для оптоэлектронных устройств.

Макдональд рассказал, что свойства PNR действительно позволяют улучшить функциональность солнечных элементов. Проведённая работа указывает на полезность недавно открытого наноматериала, а также устанавливает новые стандарты для электронных устройств на базе PNR, считает он. Дальнейшие исследования PNR в различных устройствах позволят ученым обнаружить больше механизмов для увеличения производительности и эффективности. Также планируется изучение влияния изменений поверхности нанолент на электрические свойства материалов.