Кремниевые наночастицы обеспечили рекордную эффективность солнечных батарей

С помощью диэлектрических наночастиц из кремния ученые повысили эффективность солнечных батарей из перовскита за счет лучшего поглощения света. Такие наночастицы могут удерживать около поверхности батареи свет широкого диапазона длин волн. При этом сами частицы не поглощают свет и не взаимодействуют с остальными элементами батареи, сохраняя ее стабильность. Результаты опубликованы в журнале Advanced Optical Materials.

Солнечные батареи на основе перовскита в последние несколько лет стали очень популярны. Этот гибридный материал позволяет создавать недорогие, эффективные и удобные в применении солнечные ячейки. Но толщина перовскитного слоя при этом не должна превышать нескольких сотен нанометров, а это не позволяет максимально эффективно захватывать свет.

Чтобы увеличить поглощение батареи, не увеличивая толщину перовскитного слоя, нужно изменить поверхность так, чтобы свет локализовался сильнее. Для этого ученые используют плазмонные наночастицы на основе металлов. Они позволяют лучше захватывать свет, но обладают существенными недостатками. Например, плазмонные частицы поглощают часть энергии сами, при этом нагреваясь и повреждая батарею. Ученые из России, Италии и США предложили использовать наночастицы из кремния, чтобы решить эти проблемы.

«Диэлектрические частицы практически не поглощают свет, не нагреваются сами и не нагревают перовскит. Они химически инертны и не снижают стабильность батареи. Кроме того, широкий резонансный спектр позволяет этим частицам захватывать больше света разной длины волны. А за счет специальной схемы размещения частицы не нарушают морфологию ячеек и не влияют на проводимость. Все эти преимущества позволили нам поднять эффективность батарей, то есть количество генерируемого ими тока, до 19%. Пока что это рекордный показатель для перовскитных батарей такого типа», – рассказывает один из авторов исследования, аспирант Университета ИТМО Александра Фурасова.

По словам ученых, это первая работа, в которой для того, чтобы улучшить поглощение света верхним слоем солнечной батареи, использовались диэлектрические частицы. И уже сейчас кремниевые частицы превосходят плазмонные. Ученые надеются, что более глубокое изучение взаимодействия наночастиц со светом и оптимизация их применения в перовскитных солнечных ячейках поможет добиться еще лучших результатов.

«В нашей работе мы использовали хорошо известный состав перовскита (MAPbI₃), чтобы детально изучить влияние кремниевых наночастиц. Теперь можно попробовать внедрить их в более сложные составы перовскитов с повышенной эффективностью и стабильностью. Модифицировать можно и сами наночастицы, чтобы улучшить не только их оптические, но и транспортные свойства. Важно отметить, что мы получаем и внедряем наночастицы кремния очень простым и дешевым методом. Его можно легко встроить в технологический процесс производства солнечных батарей», – прокомментировал еще один автор исследования, сотрудник Университета ИТМО Сергей Макаров.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.