Управление "горячими электронами" поднимет эффективность солнечных батарей
Эффективность работы солнечных батарей ограничивается тем обстоятельством, что попадающий в них фотон должен иметь строго определённое количество энергии для преобразование в электричество. Фотоны с меньшей энергией проходят фотоэлектрическую панель насквозь без поглощения, а избыток энергии более высокочастотных фотонов рассеивается без пользы в виде тепла.
Учёные из Гронингенского университета (Нидерланды) и Наньянского технологического университета (Сингапур) продемонстрировали, что комбинируя перовскит с органическим акцептором так называемых «горячих электронов» можно достаточно просто задействовать в производстве электричества избыточную энергию фотонов. Их статья вышла 15 ноября в журнале Science Advances.
Чтобы полностью поглотить энергию горячих электронов, генерируемых высокоэнергетичными фотонами, необходим полупроводниковый материал с расширенной запрещённой зоной (т.е. разницей в энергиях между самой высокой занятой и самой низкой свободной молекулярными орбиталями). Авторы статьи предложили систему, в которой используется комбинация гибридного органического/неорганического перовскита и органического материала с широкой запрещённой зоной, батофенантролина (bphen).
Они использовали лазер для возбуждения горячих электронов в перовскитах и исследовали их поведение в фемтосекундных интервалах. Было показано, что горячие электроны из перовскитного полупроводника сразу же поглощаются батофенантролином. Это происходит без необходимости замедления горячих электронов и прочих трудоёмких и малоэффективных трюков, применяемых сегодня.
Учёные также заметили, что требуемая для поглощения энергия фотонов была немного выше, чем запрещённая зона органического акцептора. Они объясняют это тем, что некоторая избыточная энергия, видимо, нужна для преодоления интерфейсного барьера на границе между двумя материалами.
Эксперименты проводились с реалистичным количеством энергии, как у фотонов видимого спектра. Следующей задачей авторов исследования станет конструирование практичного устройства, использующего найденную ими комбинацию материалов.