Penyelidik Membuat Pasta Nanopartikel Untuk Memaksimumkan Kecekapan Sel Suria Perovskite

Sumber: www.wevolver.com

Para penyelidik mengembangkan pes yang terbuat dari titanium dioksida dan nanopartikel silikon resonan yang berfungsi sebagai lapisan tambahan dalam proses menghasilkan sel suria. Zarah-zarah resonan Mie dalam pasta memungkinkan untuk mengawal jumlah cahaya yang diserap dan meningkatkan penghasilan photocurrent, yang membolehkan para penyelidik meningkatkan kecekapan sel suria hingga 21%. Yang penting, eksperimen dilakukan pada perovskites halida (MAPbI3), yang merupakan yang paling meluas dan dikaji dengan baik dalam bidang fotovoltaik.

Bahan yang ada

Halide perovskites adalah beberapa bahan yang paling menjanjikan dalam fotovoltaik kontemporari, namun ia mempunyai satu kekurangan yang ketara: lapisan aktifnya hanya sekitar 300-600 nanometer. Lapisan nipis seperti itu tidak dapat menyerap semua cahaya yang masuk, tetapi pada masa yang sama ia tidak dapat dibuat lebih tebal - maka, cahaya akan tersebar dengan lebih aktif sehingga menyebabkan kehilangan tenaga.

Salah satu daripada dua strategi dapat digunakan untuk meningkatkan kecekapan sel suria berdasarkan perovskite: meningkatkan pengumpulan cas atau meningkatkan penyerapan cahaya. Strategi pertama memerlukan penggunaan komposisi perovskite yang lebih kompleks dan memperkenalkan bahan tambahan (biasanya, logam langka), serta secara amnya meningkatkan kerumitan struktur. Secara semula jadi, ini membawa kepada peningkatan perbelanjaan pengeluaran. Penyelidik dari Universiti ITMO bersama rakan-rakan dari Universiti Tor Vergata menyelesaikan masalah ini dengan meningkatkan kepekatan cahaya di dalam sel suria. Lebih-lebih lagi, penyelesaian mereka menggunakan silikon, salah satu elemen yang paling mudah diakses.

"Kami dapat memperoleh silikon dari pasir, jadi hampir tidak ada bekalan bahan ini. Ini adalah penyelesaian yang aneh untuk hanya memasukkan silikon ke dalam struktur perovskite, tetapi boleh diperkenalkan sebagai partikel nanopartikel. Zarah seperti itu berfungsi sebagai nanoantennae - ia menangkap cahaya dan ia bergema di dalamnya. Dan semakin lama cahaya berada di lapisan photoactive, semakin banyak cahaya diserap oleh bahan, ”jelas, profesor di Sekolah Fizik dan Kejuruteraan ITMO.

Pengiraan tepat

Caranya ialah nanopartikel silikon dengan ukuran tertentu adalah resonan Mie. Berkat kesan ini, nanopartikel dapat menguatkan pelbagai fenomena optik, termasuk penyerapan cahaya dan radiasi spontan. Dengan kata lain, mereka berfungsi sebagai nanoantennae. Walau bagaimanapun, untuk memanfaatkan harta tanah ini, para penyelidik harus melakukan pengiraan teori yang serius dan membina model yang menyumbang sifat elektrofizik dan optik semua lapisan dan nanopartikel ketika mereka mengalami radiasi dan voltan luaran.

Tugas penting dan kompleks kedua projek ini adalah mengenal pasti lokasi terbaik untuk pes yang dibangunkan. Sel suria dihasilkan menggunakan kaedah pelapisan putaran, apabila lapisan cair diterapkan secara berurutan antara satu sama lain. Ini memungkinkan untuk membuat filem nipis dengan ketebalan dan kepekatan yang dapat dikawal. Lebih-lebih lagi, secara praktiknya sebarang bahan dan bahan tambahan dapat ditambahkan ke dalam filem semasa pengeluaran tersebut.

"Dengan kaedah cair, kita dapat dengan mudah membagikan jumlah nanopartikel kering dalam larutan. Yang harus kita putuskan adalah di lapisan mana kita harus meletakkan zarah-zon resonan Mie. Sekiranya dimasukkan ke dalam lapisan perovskite, mereka akan merosakkan kawasan aktifnya. Sekiranya mereka dimasukkan ke dalam lapisan pengangkutan atas, cahaya sebagian besar akan diserap pada saat ia mencapai partikel nanopartikel melalui semua lapisan di bawahnya. Itulah sebabnya kami meletakkan nanopartikel di lapisan seterusnya selepas perovskite - dengan cara ini mereka lebih dekat dengan sumber cahaya dan berfungsi sebagai antena dengan lebih cekap, "kataAleksandra Furasova, pengarang pertama makalah dan rakan penyelidikan junior di ITMO's School of Physics dan Kejuruteraan.

Teknologi sederhana

Pasta yang dikembangkan mudah digunakan dan boleh digunakan dengan sel suria dari sebarang komposisi dan konfigurasi. Pada masa yang sama, tidak ada komplikasi tambahan pada proses pengeluaran, sementara kos alat yang dihasilkan hanya meningkat 0,3%.

“Pasta dapat diaplikasikan dengan mudah dengan kaedah lain, tidak hanya dengan lapisan putaran. Ini adalah produk sejagat mentah yang dapat digunakan dalam jenis sel suria lain, serta dalam pengeluaran pelbagai peranti - fotodetektor, penuai, dan optoelektronik. Pengeluaran sedemikian juga mesra alam, kerana kami tidak menggunakan bahan langka. Hasilnya, kami telah mengembangkan penyelesaian teknologi dan kami yakin produk tersebut akan dapat digunakan dan dicari secara universal, ”kata Sergey Makarov.