Углеродные точки улучшают эффективность солнечных батарей и светодиодов
Усилия учёных всего мира, занимающихся усовершенствованием технологий преобразования солнечной энергии в электричество, главным образом нацелены на активный слой солнечных элементов, в котором происходит поглощение энергии излучения. Однако эффективность, себестоимость и долговечность солнечных панелей зависит и от вспомогательных слоёв, отвечающих за транспорт электронов или дырок к соответствующим электродам.
В статье для журнала Advanced Functional Materials международный научный коллектив предложил новый метод создания вспомогательных слоёв для перовскитных солнечных элементов и светодиодов. Суть этого метода состоит в использовании углеродных точек —безопасного для окружающей среды и относительно недорогого материала, который нетрудно изготовить в лаборатории и в промышленных условиях.
Углеродными точками называют наночастицы на углеродной основе диаметром от 2 до 10 нанометров. Их поверхность всегда содержит различные функциональные группы, которые определяют основные свойства этого материала.
Именно в модифицировании поверхности посредством работы с функциональными группами и заключается главное достижение авторов этого исследования. Изменяя соотношение этих групп они смогли получить оптимальные значения рабочих функций электродов и энергетических уровней транспортных слоев, определив конфигурацию с максимальной эффективностью.
Новый подход универсален, он работает для разных типов устройств, благодаря чему впервые углеродные точки удалось применить для улучшения внешней квантовой эффективности светоизлучающих диодов. Они имеют схожую структуру с солнечными элементами, но процесс идёт в обратном направлении: электроны и дырки внедряются в активный слой, где образуют пары и рекомбинируют с испусканием света.
В обоих случаях ученым удалось добиться значительного роста эффективности за счёт использования транспортных слоев с оптимизированными углеродными точками: для солнечных элементов — почти на 13%, а для светодиодов — в 2,1 — 2,7 раз.