| 0 |
|
Однопереходные солнечные элементы, базирующиеся на кристаллическом кремнии, быстро приближаются к теоретическому пределу своей эффективности, составляющему примерно 30%. Главным препятствием для дальнейшего увеличения кпд преобразования являются горячие носители. Так называются носители электрического заряда — электроны и дырки — энергия которых значительно выше, чем у носителей в состоянии теплового равновесия. Превращение их энергии в тепло (термализация) ответственно за потерю примерно трети поглощенной кремнием или другими полупроводниками солнечной энергии. Преодолению этого барьера мешает недостаточное понимание учеными свойств и поведения горячих носителей в сложных материалах современной фотоэлектронной и оптоэлектронной техники.
В журнале Physical Review Letters исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) сообщили о разработанном ими первом методе ab initio (теоретическая модель, свободная от эмпирических параметров), позволяющем рассчитывать свойства горячих носителей в полупроводниках с позиций чистой теории.
Все предшествующие методики вычислений этих величин базировались на экспериментальных данных, полученных в результате изучения образцов крайне высокого качества, что среди распространенных полупроводников было достижимо только для кремния и арсенида галлия.
Благодаря новому методу, как заявил один из его создателей, директор центра нанотехнологий Molecular Foundry, Джефф Нитон (Jeff Neaton): «мы можем изучать горячие носители на различных поверхностях, во всевозможных наноструктурах и материалах, таких как органические и неорганические кристаллы. Мы можем даже исследовать материалы, которые еще не были синтезированы. Имея возможность рассматривать идеальные и бездефектные структуры, мы можем делать оценки времени жизни и среднего свободного пробега, трудно определяемые экспериментальным путем из-за присутствия примесей и дефектов в реальных образцах».
«Наше исследование имеет целью получение полезной информации о динамике горячих носителей в кремнии применительно к солнечным батареям, — комментирует первый автор статьи, Марко Бернарди (Marco Bernardi). — В этой работе мы выполняем расчеты от первого принципа, которые описывают два ключевых механизма потерь, электронный и фононный, с высокой точностью и в рамках теорий функционала плотности и возмущений многих тел».
В частности, расчеты показали, что термализация завершается в пределах 350 фемтосекунд после начала облучения, и что она вызвана в первую очередь эмиссией фононов из горячих носителей. Этот процесс быстро замедляется по мере того, как горячие носители теряют энергию и релаксируют вблизи границ запрещенной зоны. Полученные результаты прекрасно согласуются с имеющимися экспериментальными данными для кремниевых образцов, и, по заявлению Бернарди, предоставляют уникальные перспективы для целенаправленной организации дальнейших опытных исследований горячих носителей в полупроводниках.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
