Исследование проливает свет на процессы в перовскитных солнечных элементах

Свинцово халидные перовскиты в последнее время привлекают большое внимание, так как основанные на этих полупроводниковых материалах солнечные элементы демонстрируют очень высокую эффективность преобразования и напряжение, превышающее 1 В. Однако механизмы их функционирования до сих пор были недостаточно ясны.

Группы Михаэля Гретцеля (Michael Grätzel) и Жака Мозера (Jaques E. Moser) из EPFL (Швейцария), работая вместе с берлинским Институтом солнечного топлива, использовали лазерную спектроскопию с временным разрешением для отслеживания перемещения зарядов по поверхности перовскита.

Они исследовали различные архитектуры ячеек, использующие полупроводящую пленку двуокиси титана или изолирующую — из триоксида алюминия. Обе пористые пленки были пропитаны перовскитом йодида свинца (CH₃NH₃PbI₃), способствующим выводу положительных зарядов (дырок) после поглощения света.

Результаты экспериментов выявили два динамических процесса: 1) разделение зарядов после достижения светом перовскитного поглотителя происходит в субпикосекундном интервале переносом электронов на контактных интерфейсах с оксидом титана и с дырочно-транспортным материалом; 2) рекомбинация зарядов (процесс, уменьшающий эффективность генерирования электроэнергии из-за тепловых потерь) в титановых пленках протекает значительно медленнее, чем в алюминиевых.

В итоговой статье авторы делают вывод, что перовскит, обеспечивая сверхбыстрый и эффективный перенос электронов и дырок через два соединения одновременно, является уникальным материалом для солнечных батарей. Кроме того они указывают на явное преимущество архитектуры, базирующейся на пленках диоксида титана и с преобладающим дырочным транспортом зарядов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365