Фотоэлементы из двумерных слоев перовскита улучшат КПД солнечных батарей и сделают их дешевле - «Технологии»

Исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса (США) разработали новую технологию с использованием перовскита, которая может значительно повысить эффективность и снизить стоимость солнечных батарей, а также ряда других электронных устройств.

Используя тонкие пленки Раддлесдена-Поппера, ученые создали двухслойные перовскиты, которые имеют высокую эффективность преобразования относительно цены и не требуют сложного производства. В технологии используется многоуровневая составная концепция, состоящая из двумерных слоев перовскита толщиной в нанометры, разделенных тонкими органическими пластинами.

Полученный материал может быть использован для создания широкого спектра высокоэффективных устройств, в числе которых фотоэлектрические элементы, светодиоды, лазерные диоды и другие нано-оптоэлектронные устройства. Работа ученых опубликована в журнале Science.

Двумерные, почти-монокристаллические тонкие пленки «Раддлсден-Поппер» имеют внеплоскостную ориентацию, которая обеспечивает свободный перенос заряда через слои перовскита в плоских устройствах. Новое исследование обнаружило существование так называемых «краевых состояний слоев» (layer-edge-states) на границах перовскитных слоев, которые являются ключевыми как для высокой эффективности солнечных элементов (более 12 процентов), так и для высокой эффективности флуоресценции (несколько десятков процентов) для светодиодов.

Спонтанное преобразование экситонов (связанных электронно-дырочных пар) в свободные носители через эти пограничные состояния слоя является ключом к улучшению фотовольтаических и светоизлучающих тонкопленочных слоистых материалов.

Исследователи возлагают большие надежды на перовскиты (синтетические варианты природного минерала перовскита), потому что они относительно дешевы и просты в изготовлении, а также предлагают относительно высокую эффективность конвертации солнечной энергии.

«2D гибридные перовскиты продолжают удивлять. Когда мы впервые разработали эти материалы, мы надеялись, что их высококачественные образцы будут демонстрировать новые оптоэлектронные свойства, - отметил один соавторов исследования Меркури Канатзидис (Mercuri Kanatzidis) из Северо-западного университета. - Они сделали это, а затем показали и другие свойства. Они превзошли наши ожидания и доказывают, что на их основе можно делать действительно потрясающие системы. Мы только начинаем по-настоящему понимать возможности двумерных материалов. В будущем можно ожидать еще больше открытий».

Источник: lanl.gov