MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Учёные из Оксфордского университета (University of Oxford) вместе с коллегами из Китая сообщили о решении главной проблемы, ограничивающей КПД солнечных панелей, — преодолении компромисса между светопоглощающей способностью материала и скоростью потери заряженных частиц: чем лучше материал поглощает фотоны, тем быстрее выбитые электроны рекомбинируют с дырками и перестают участвовать в генерации тока.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
Учёные исследовали проблему на основе экспериментов с сульфидом висмута (Bi2S3). Как позже выяснилось, этот полупроводник способен сочетать сильное поглощение света с более медленной потерей электрических зарядов, что может разорвать порочный круг. В солнечном элементе электроны и дырки необходимо разделить и собрать до того, как они соединятся вновь. В противном случае при рекомбинации энергия, которую можно было преобразовать в электричество, будет потеряна.
Для изучения динамики зарядов учёные изготовили плёнки Bi2S3 толщиной около 150 нм методом термического испарения и отжигали их при 250 °C в течение 30 минут в атмосфере из азота. Образцы возбуждали лазерными импульсами длительностью 35 фс с энергией фотонов 1,55 эВ, а движение и исчезновение носителей заряда отслеживали с помощью метода сверхбыстрой терагерцовой спектроскопии. Измерения проводили при температурах от 4 до 295 К. Эксперименты показали необычное поведение вещества: при охлаждении рекомбинация электронов и дырок замедлялась, тогда как во многих других полупроводниках она, напротив, ускорялась.
Учёные выяснили, что секрет сульфида висмута заключается в особом расположении энергетических уровней. Материал хорошо поглощает солнечный свет, но при этом часть электронов и дырок оказывается в состояниях, где они медленнее соединяются друг с другом. Разница в энергии между этими состояниями составляет всего около 40 мэВ. Благодаря этому при комнатной температуре заряды дольше сохраняются в материале, а расчёты показывают, что скорость их рекомбинации может быть примерно на 75 % ниже, чем у обычных полупроводников.
Исследователи считают, что свойство сульфида висмута замедлять рекомбинацию зарядов следует поискать и у других соединений, изучив соответствующие базы данных. Открытие позволяет определить набор признаков, по которым можно искать наиболее перспективные соединения для эффективного преобразования солнечного света в электричество. Это пока не ответ на вопрос, как повысить КПД солнечных панелей, но довольно перспективный путь к решению этой задачи.
Источник:
