En internationell grupp av forskare, inklusive några från ITMO University, har föreslagit en metod som möjliggör betydande effektivisering av solceller och ljusemitterande dioder. Forskarna lyckades uppnå detta resultat genom att utöka hjälplagren i enheterna som ansvarar för elektrontransport snarare än att arbeta med det huvudsakliga aktiva lagret. Verket har publicerats i tidskriften Avancerade funktionella material .

Kampen för att bevara miljön och kraftiga fluktuationer i olje- och gaspriserna leder till att investerare i allt högre grad vänder sig mot förnybar energi. Det är därför som forskare i olika länder aktivt arbetar för att göra processen att generera energi från förnybara källor så effektiv som möjligt. Till exempel, arbete pågår för närvarande för att öka effektiviteten hos solceller, en av de mest populära gröna energikällorna i världen.

Vanligtvis, forskare arbetar med det aktiva lagret av celler, som är ansvarig för att absorbera ljusenergi - de är gjorda av kisel, galliumarsenid, perovskite och andra material. Men effektiviteten, kostnaden och hållbarheten för en solcell beror inte bara på det aktiva lagret utan också på de extra. Genom att öka deras effektivitet och samtidigt minska produktionskostnaderna kan vi öka konkurrensfördelarna med en enhet.

Hjälpskikten i en solcell kan vara av typen elektrontransport eller håltransport. När solljus når det aktiva lagret, elektronpar och elektronhål, med andra ord, en negativ och en positiv laddning, bildas i den. Efter det, de måste föras till motsvarande elektroder. Och det är här hjälpskikten kommer in:den elektrontransport som är ansvarig för att extrahera och överföra den negativa laddningen från det aktiva skiktet, medan håltransportskiktet utför samma operationer med det positiva. En internationell grupp av forskare, inklusive dem från ITMO University, har föreslagit en ny metod för att skapa hjälplager för solceller och lysdioder baserade på perovskit. De använde kolprickar — ett miljövänligt och relativt billigt material som enkelt kan erhållas både i laboratorie- och industriförhållanden.

"Kolprickar är kolbaserade nanopartiklar med en diameter på två till tio nanometer, " förklarar Aleksandr Litvin, en senior forskarassistent vid ITMO University och en medförfattare till forskningen. "Deras yta innehåller alltid olika funktionella grupper som i stor utsträckning bestämmer egenskaperna hos detta material. Applicering av kolprickar i solbatterier är inte något nytt, Det viktiga är modifieringen av deras yta genom att arbeta med funktionsgrupperna. Ett annat förhållande mellan dessa grupper på ytan bestämmer den elektroniska konfigurationen av kolprickar. Följaktligen, Genom att skräddarsy detta kan vi få de optimala värdena för elektrodernas arbetsfunktioner och energinivåerna i de transportskikt som de appliceras på. Detta gör det möjligt att erhålla optimal konfiguration med maximal effektivitet. Detta tillvägagångssätt är universellt för olika typer av enheter, som för första gången har tillåtit användning av koldioxidprickar för att öka driftseffektiviteten för ljusemitterande dioder. "

Erhållen på detta sätt, materialet kan användas inte bara för solceller utan även till hjälpskikten av lysdioder. De senare har en i stort sett liknande struktur, men processen där är omvänd:elektroner och hål behöver inte tas bort från det aktiva lagret men, istället, injiceras i det för att skapa elektron-hålpar vars rekombination i det aktiva lagret kommer att säkerställa luminescens. I båda fallen, internationella kollegor vid ITMO -universitetets forskare uppnådde en betydande effektivitetsökning för de enheter som skapades med hjälp av hjälpskikt gjorda av kolprickarna.

"Enheter har skapats, och deras egenskaper har testats, "avslutar Aleksandr Litvin." När det gäller perovskitbaserade solceller, vi lyckades få en ökning av effektiviteten från 17,3 % till 19,5 %, det är, med nästan 13 %. När det gäller ljusdioder, beroende på materialet i emissionsskiktet, den externa kvantverkningsgraden (förhållandet mellan antalet fotoner som emitteras av en lysdiod och antalet elektroner som injiceras i den) ökade med 2,1-2,7 gånger."