Ny kulstofdot-baseret metode til at øge effektiviteten af ​​solceller og lysdioder

En international gruppe af videnskabsmænd, herunder nogle fra ITMO University, har foreslået en metode, der giver mulighed for at øge effektiviteten af ​​solceller og lysemitterende dioder markant. Forskerne formåede at opnå dette resultat ved at øge hjælpelagene i de enheder, der er ansvarlige for elektrontransport, i stedet for at arbejde med det primære aktive lag. Værket er blevet publiceret i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

Kampen for at bevare miljøet og kraftige udsving i olie- og gaspriserne fører til, at investorerne i stigende grad søger mod vedvarende energi. Derfor arbejder forskere i forskellige lande aktivt på at gøre processen med at generere energi fra vedvarende kilder så effektiv som muligt. For eksempel, der arbejdes i øjeblikket på at øge effektiviteten af ​​solceller, en af ​​de mest populære grønne energikilder i verden.

Typisk, forskere arbejder med det aktive lag af cellerne, som er ansvarlig for at absorbere lysende energi - de er lavet af silicium, galliumarsenid, perovskit og andre materialer. Men effektiviteten, omkostninger og holdbarhed af en solcelle afhænger ikke kun af det aktive lag, men også de hjælpelag. At øge deres effektivitet og samtidig reducere produktionsomkostningerne kan give os mulighed for at øge konkurrencefordele ved en enhed.

Hjælpelagene i en solcelle kan være af elektrontransport- eller hultransporttype. Når sollys når det aktive lag, elektronpar og elektronhuller, med andre ord, en negativ og en positiv ladning, er dannet i det. Efter det, de skal føres til deres tilsvarende elektroder. Og det er her, hjælpelagene kommer ind:elektrontransporten er ansvarlig for at udtrække og overføre den negative ladning fra det aktive lag, mens hultransportlaget udfører de samme operationer med det positive. En international gruppe af videnskabsmænd, inklusive dem fra ITMO University, har foreslået en ny metode til oprettelse af hjælpelag til solceller og lysemitterende dioder baseret på perovskit. De brugte kulstofprikker - et miljøvenligt og relativt billigt materiale, som nemt kan fås både i laboratorie- og industriforhold.

"Carbonprikker er kulstofbaserede nanopartikler med en diameter på to til ti nanometer, " forklarer Aleksandr Litvin, en seniorforsker ved ITMO University og medforfatter til forskningen. "Deres overflade indeholder altid forskellige funktionelle grupper, der i høj grad bestemmer dette materiales egenskaber. Anvendelsen af ​​kulstofprikker i solcellebatterier er ikke noget nyt, det vigtige er ændringen af ​​deres overflade ved at arbejde med de funktionelle grupper. Et andet forhold mellem disse grupper på overfladen bestemmer den elektroniske konfiguration af kulstofprikker. Følgelig, at skræddersy dette giver os mulighed for at få de optimale værdier af elektrodernes arbejdsfunktioner og energiniveauerne i de transportlag, de er påført på. Dette gør det muligt at opnå optimal konfiguration med maksimal effektivitet. Denne tilgang er universel for forskellige typer enheder, som for første gang har tilladt brugen af ​​kulstofprikker til at øge driftseffektiviteten af ​​lysemitterende dioder."

Opnået på denne måde, materialet kan ikke kun bruges til solceller, men også hjælpelagene af lysemitterende dioder. Sidstnævnte har en stort set ens struktur, men processen der er omvendt:elektroner og huller skal ikke fjernes fra det aktive lag, men i stedet, injiceres i det for at skabe elektron-hul-par, hvis rekombination i det aktive lag vil sikre luminescens. I begge tilfælde internationale kolleger fra ITMO University-forskere opnåede en betydelig stigning i effektiviteten af ​​de enheder, der er skabt ved brug af hjælpelag lavet af kulstofprikkerne.

"Enheder er blevet oprettet, og deres egenskaber er blevet testet, " slutter Aleksandr Litvin. "I tilfælde af perovskit-baserede solceller, det lykkedes os at opnå en stigning i effektiviteten fra 17,3 % til 19,5 %, det er, med næsten 13 pct. I tilfælde af lysemitterende dioder, afhængig af materialet i emissionslaget, den eksterne kvanteeffektivitet (forholdet mellem antallet af fotoner udsendt af en LED og antallet af elektroner injiceret i den) steg med 2,1-2,7 gange."