Udnyttelse af varme bærere til højeffektive solceller

To-dimensionelle solmaterialer kan tilbyde en måde at udvinde mere energi fra sollys. Ved at justere strukturen af ​​et 2-D perovskit solmateriale, forskere fra KAUST og Georgia Institute of Technology har vist, at de kan forlænge levetiden for meget energiske varme bærere genereret af lys, der rammer materialet. Fremgangsmåden kunne tilbyde en måde at fange solenergi mere effektivt.

Hybride organisk-uorganiske perovskitter er attraktive solmaterialer, fordi de potentielt er meget billigere at producere end silicium. Imidlertid, der er stadig spørgsmål om perovskites langsigtede stabilitet.

"Som et alternativ til 3-D hybrid perovskitter, 2-D hybrid perovskitter har forbedret stabilitet og fugtbestandighed, "siger Jun Yin, medlem af Omar Mohammeds og Osman Bakrs forskningsgrupper. Imidlertid, varm bærerkøling i disse materialer er ikke blevet grundigt undersøgt, tilføjer Partha Maity, en postdoktor på KAUST -teamet.

Varme bærere dannes på grund af den brede vifte af energier fra sollys, som spænder fra lavenergi infrarødt og rødt lys i den ene ende af spektret, til violet og ultraviolet i den højenergiske ende. Solpaneler fanger energi, når indkommende lys støder en elektron i en ophidset tilstand, men selv rødt lys kan ophidse en elektron til et ledende bånd. Lys med højere energi kan generere super-spændte varme bærere, men de kaster deres ekstra energi meget hurtigere, end konventionelle solmaterialer kan fange dem.

Mohammed og teamet undersøgte, om ændring af den organiske komponent i hybrid 2-D perovskitter kunne bremse afkøling af varme bærere, gør det muligt at fange al deres energi.

Ved hjælp af ultrahurtig laserspektroskopi, de undersøgte blyiodidperovskitmaterialer med tre forskellige organiske komponenter:ethanolamin (EA), aminopropanol (AP) og phenylethylamin (PEA). "Ultrahurtig spektroskopi er en meget kraftfuld og bekvem tilgang til direkte at spore hot carrier -afslapning, "Siger Mohammed." Vi kan følge deres ultrahurtige dynamik i realtid. "

Holdet så en betydelig forskel mellem de tre forskellige materialer. "Vi fandt ud af, at (EA) ₂ PbI ₄ enkelt krystal gennemgik en meget langsommere varm bærer køleproces, "Siger Yin. Hjulpet af molekylære dynamiksimuleringer, teamet viste, at den EA-baserede struktur undertrykte en række mekanismer, hvorved varme bærere normalt mister energi til den omgivende perovskitstruktur.

"Da vi lærte af denne undersøgelse, hvordan man bremser dynamikken i de varme bærere i 2-D perovskitter, vi vil nu fokusere på ekstraktion af disse bærere i en ægte solcellearkitektur og på deres mulige bidrag til den samlede konverteringseffektivitet, "Siger Mohammed. Teamet vil også undersøge dynamiske bære-dynamikker og ekstraktion i 2-D perovskitter med forskellige sammensætninger, tilføjer han.