Forskere bruger siliciumnanopartikler til at forbedre solcellernes effektivitet

En international forskergruppe har forbedret perovskit-solcelleeffektiviteten ved at bruge materialer med bedre lysabsorberende egenskaber. For første gang, forskerne brugte siliciumnanopartikler. Sådanne nanopartikler kan fange lys af en bred vifte af bølgelængder nær det celleaktive lag. Partiklerne selv absorberer ikke lys og interagerer ikke med andre elementer i batteriet, dermed bevare sin stabilitet. Forskningen blev offentliggjort i Avancerede optiske materialer .

Perovskite solceller er blevet meget populære i løbet af de sidste par år. Dette hybridmateriale giver forskere mulighed for at skabe billige, effektiv, og let at bruge solceller. Det eneste problem er, at tykkelsen af ​​et perovskitlag ikke må overstige flere hundrede nanometer, men samtidig, tynd perovskit absorberer færre indfaldende fotoner.

Af denne grund, forskere var nødt til at finde en måde at forbedre lyshøstningsegenskaberne af det absorberende perovskitlag uden at øge dets tykkelse. At gøre dette, forskerne brugte metalnanopartikler. Sådanne partikler giver mulighed for bedre lysabsorption på grund af overfladeplasmonexcitation, men har væsentlige ulemper. For eksempel, de absorberer selv noget energi, dermed opvarmes og beskadige batteriet. Forskere fra ITMO University, i samarbejde med kolleger fra St. Petersburg State University, Italien og USA, foreslået at bruge siliciumnanopartikler til at løse disse problemer.

"Dielektriske partikler absorberer ikke lys, så de ikke bliver varme. De er kemisk inerte og påvirker ikke batteriets stabilitet. Udover, være meget resonans, sådanne partikler kan absorbere mere lys af en bred vifte af bølgelængder. På grund af særlige layoutegenskaber, de beskadiger ikke strukturen af ​​cellerne. Disse fordele gjorde det muligt for os at forbedre cellernes effektivitet med op til næsten 19 procent. Indtil nu, dette er det bedst kendte resultat for dette særlige perovskitmateriale med inkorporerede nanopartikler, "siger Aleksandra Furasova, en postgraduate-studerende ved ITMOs fakultet for fysik og teknik.

Ifølge forskerne, dette er den første forskning om anvendelse af siliciumnanopartikler til forbedring af lyshøstegenskaberne i det absorberende øvre lag. Siliciumnanopartikler har allerede overgået plasmoniske. Forskerne håber, at en dybere undersøgelse af samspillet mellem nanopartikler og lys, samt deres anvendelse i perovskite solceller vil føre til endnu bedre resultater.

"I vores forskning, vi brugte MAPbI3 perovskite, hvilket gjorde det muligt for os at studere i detaljer, hvordan resonante siliciumnanopartikler påvirker perovskites solceller. Nu kan vi yderligere forsøge at bruge sådanne partikler til andre typer perovskiter med øget effektivitet og stabilitet. Bortset fra det, selve nanopartiklerne kan modificeres for at forbedre deres optiske og transportmæssige egenskaber. Det er vigtigt at bemærke, at siliciumnanopartikler er meget billige og nemme at fremstille. Derfor, denne metode kan let indarbejdes i processen med solcelleproduktion, "kommenterede Sergey Makarov, leder af ITMO's Laboratory of Hybrid Nanophotonics and Optolectronics.