Прояснён механизм улучшения эффективности перовскитных солнечных батарей

В новом исследовании, изложенном в журнале ACS Energy Letters, исследователи из Университета штата Флорида освещают основные механизмы извлечения заряда на границе раздела перовскит/органика, чтобы понять, как и когда происходит этот процесс, с конечной целью повышения общей эффективности солнечных батарей.

Расширение области солнечного спектра, которую может использовать солнечный элемент, может происходить посредством процесса, называемого апконверсией (преобразование с повышением частоты) фотонов или триплет-триплетной аннигиляцией. Он преобразует бесполезный свет с низкой энергией в пригодный для использования свет с более высокой энергией.

Те же самые носители заряда, которые участвуют в создании тока в солнечном элементе, также могут заселять триплетное состояние органической молекулы. Комбинация двух триплетов приводит к эмиссионному синглетному состоянию с более высокой энергией. Полученный фотон с высокой энергией затем может быть поглощён солнечным элементом.

Команда FSU создала тонкую плёнку из перовскитов на основе галогенида свинца и углеводорода под названием рубрен, который излучает преобразованный с повышением частоты свет. Учёные использовали спектроскопию сверхбыстрого нестационарного поглощения для того, чтобы понять точное время протекания основных процессов переноса заряда, которые генерируют триплетные состояния.

Главным открытием эксперимента стало то, что апконверсия происходит с участием термически возбужденных или «горячих» носителей заряда в перовските и приводит к генерации триплетных состояний в рубрене в субнаносекундном масштабе времени.

«Мы ожидаем, эта информация послужит отправной точкой для разработки новых и улучшенных перовскитных материалов для триплетной сенсибилизации, — сказала доцент кафедры химии и биохимии FSU Леа Ниенхаус (Lea Nienhaus). — Для получения максимального выигрыша энергии при апконверсии,  мы хотели бы преобразовывать ближний инфракрасный свет в зеленую или синюю область спектра. Зная точный механизм переноса заряда и задействованные уровни энергии, мы можем настроить обе части уравнения и добиться наилучшей возможной производительности».

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