Учёные получили новую информацию о высокой эффективности перовскитных солнечных элементов
Исследователи из Forschungszentrum Jülich обнаружили, что свободные носители заряда в перовскитных солнечных элементах имеют защиту от рекомбинации. В своём исследовании они использовали инновационные измерения фотолюминесценции. На основе перовскита в последнее время часто разрабатываются и выпускаются относительно недорогие и высокоэффективные солнечные элементы. Ученым из Forschungszentrum Jülich удалось обнаружить особенность клеток. Потеря носителей заряда в ячейках данного типа подчиняется другим физическим законам, а не тем, которые действуют для большинства полупроводников. Именно поэтому такие элементы имеют высокий уровень эффективности.
Перовскитные солнечные элементы специалисты считают перспективным направлением для фотогальваники. При этом стабильность таких элементов оставлять желать лучшего, но они весьма эффективны и недороги в производстве. За прошедшие десятилетие эффективность элементов выросла в два раза и на данный момент превышает 25%. То есть, они по этому показателю на одном уровне со стандартными кремниевыми солнечными элементами. Один из учёных Томас Кирхартц отметил, что важным фактором в этой сфере является длительность того, как долго возбуждённые носители заряда остаются в материале. Это ещё называют их временем жизни. Внимание этих процессов имеет определяющее значение для дальнейшего увеличения эффективности перовскитных солнечных элементов. Томас Кирхартц возглавляет рабочую группу по гибридным и органическим солнечным элементам в Институте энергетики и климатических исследований Форшунгсцентра Юлиха (IEK-5).
В солнечном элементе фотоны вытесняют электроны и поднимаются на более высокий энергетический уровень в зону проводимости из валентной зоны. Только в этом случае они смогут двигаться более свободно и протекать по внешней цепи. Они способствуют выработке электроэнергии только в том случае, когда их срок службы достаточен для прохождения к электрическому контакту через поглощающий материал. Возбуждённый электрон оставляет дырку в валентной зоне. Она представляет собой подвижную вакансию, перемещающуюся по материалу в качестве носителя положительного заряда.
Часто именно дефекты кристаллической решётки обеспечивают быстрое падение возбужденных электродов на более низкие энергетические уровни. Эти электроны больше не могут участвовать в прохождении тока. Кирхартц говорит, что данный механизм называется рекомбинацией и представляет собой основной процесс потери любого солнечного элемента.
Содержание статьи
Рекомбинация является определяющей для эффективности
Нет ни одного солнечного элемента, который идеален на атомном уровне. Каждый имеет определённые виды дефектов, возникающих в результате производства. Сторонние атомы или дефекты в структуре решётки солнечных элементов представляют собой точки сбора дырок и электронов. После этого электроны возвращаются в валентную зону и выпадают из процесса выработки электроэнергии. Учёные раньше предполагали, что движущей силой рекомбинации являются дефекты, которые расположены между зоной проводимости и валентной зоной. Это вызвано тем, что глубокие дефекты доступны для возбуждённых электронов и их аналогов. Это справедливо для большинства видов солнечных элементов.
Кирхарц с командой исследователей доказали, что решающее значение с точки зрения эффективности пировскитных солнечных элементов является наличие мелких дефектов. Они расположены не в середине запрещённой зоны, как это характерно для глубоких дефектов, а находятся очень близко к зоне проводимости или валентной зоне. Однако учёным пока ещё не удалось выяснить причину такого необычного поведения. Они предполагают, что в данных материалах глубокие дефекты просто не могут существовать. Такое ограничение является одной из причин высокой эффективности ячеек.
Новая методика измерения HDR
Исследователи использовали новую инновационную методику измерения переходной фотолюминесценции. Во время предыдущих измерений им не удалось отличить процессы потери, которые вызваны неглубокими дефектами от процессов, вызванных прочими факторами. Новая методика, разработанная Томасом Кирхарцем и его командой в Forschungszentrum Jülich, обеспечивает данные с расширенным динамическим диапазоном, если сравнивать с традиционной технологией. Это данные в более широком диапазоне измерения и с более точной градацией. Процесс основывается на принципе, который аналогичен HDR-изображению с высоким качеством динамического диапазона. Динамический диапазон камеры расширяется за счёт разных изображений или измерений. В данном случае это сигналы с различными уровнями усиления. В результате создаётся набор данных.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
