Исследователи из Физико-технической школы ИТМО создали пасту из диоксида титана и резонансных кремниевых наночастиц, которые увеличивают генерацию фототока в перовскитных солнечных элементах и ​​повышают их эффективность. Результаты работы описаны в статье, опубликованной в Nano Energy.

КПД галогенидных перовскитных солнечных элементов составляет более 25%, что вместе с их низкой стоимостью делает их одними из самых многообещающих устройств в современной фотовольтаике. Для дальнейшего повышения их эффективности можно использовать одну из двух стратегий: улучшение сбора заряда или увеличение поглощения света слоем, генерирующим заряд. Первая стратегия также означает необходимость введения других веществ или 2D-структур в перовскиты, что делает получаемые устройства более дорогими.

Исследователи из Университета ИТМО вместе с коллегами из Университета Тора Вергата решили эту проблему с помощью резонансных наночастиц кремния Ми, поскольку кремний является одним из наиболее доступных в природе элементов. Они использовали методы коллоидной химии для создания пасты из наночастиц на основе кремния, чтобы точно контролировать рассеяние света внутри перовскитного солнечного элемента. Это решение позволило увеличить генерацию фотоиндуцированного тока в структуре перовскита и достичь максимума эффективности солнечных элементов на основе простейшего перовскитового состава

.

« Мы улучшили титановую пасту, которая необходима для избирательного сбора электронов в перовскитных ячейках. Мы добавляем резонансные наночастицы в пасту для переноса электронов в выбранной концентрации в процессе производства солнечных элементов. Таким образом, процесс приготовления не усложняется, и помогает то, что частицы кремния тоже дешевы – поясняет Александра Фурасова, первый автор статьи и младший научный сотрудник Физико-технической школы ИТМО. « Мы также проанализировали влияние пространственного расположения наночастиц на направление распространения света и изменили их концентрацию в пасте, так что весь падающий свет фокусируется на перовските. Это напрямую влияет на эффективность преобразования света в электричество, а также на все основные фотоэлектрические параметры. Используя мультифизические расчеты, мы определили оптимальную концентрацию наночастиц и разработали идеальную пасту для создания слоя переноса электронов, который помог нам достичь почти максимальной эффективности для этого типа солнечных элементов. »

По мнению исследователей, важно было оптимизировать пространственное расположение наночастиц кремния в рассматриваемых устройствах. Для этого они предоставили численные расчеты, учитывающие электрофизические и оптические свойства всех слоев и наночастиц, когда они подвергаются воздействию внешнего излучения и напряжения. Эти расчеты позволили им определить, как размер резонансных наночастиц и расстояние между ними влияет на оптические и электрофизические свойства всей структуры.

Предлагаемый метод прост, доступен, универсален и не приводит к значительному увеличению стоимости производства солнечных элементов.

« В этом проекте мы применили метод центрифугирования, что означает, что мы получаем тонкие однородные пленки по мере осаждения жидкости на плоских подложках, но для масштабирования технологии можно также использовать другие методы. Полученная паста является универсальным продуктом, который может быть использован в производстве других видов перовскитных солнечных элементов, а также для фотоприемников и других оптоэлектронных устройств на основе перовскита. Мы уверены, что это решение будет востребовано – комментирует Сергей Макаров, профессор Физико-технической школы ИТМО.

Исследовательский проект проводился в сотрудничестве с Центром гибридной и органической солнечной энергии Римского университета Тор Вергата при поддержке гранта Российского научного фонда 19-19-00683.

Источник: https://en.itmo.ru/[19459009visible