Фотоэлектрические элементы вносят решающий вклад в устойчивое энергоснабжение. Эффективность солнечных элементов при прямом преобразовании световой энергии в электрическую зависит от используемого материала.
Металлогалогенные перовскиты считаются очень перспективными материалами для солнечных элементов следующего поколения. Эти полупроводники, названные в честь их особой кристаллической структуры, за последние годы позволили значительно повысить эффективность.
Между тем, перовскитные солнечные элементы достигли КПД до 25.5 процентов, что довольно близко к кремниевым солнечным элементам, которые в настоящее время доминируют на рынке. Кроме того, материалов, необходимых для перовскитных солнечных элементов, достаточно много. Солнечные элементы можно производить легко и недорого, и их можно использовать для различных применений.
Теоретически достижимая эффективность перовскитных солнечных элементов составляет около 30.5 процентов.
Чтобы приблизиться к этому значению, необходимо еще больше повысить оптоэлектронное качество перовскитных полупроводников. В принципе, ожидается, что материалы, подходящие для фотоэлектрических систем, не только поглощают свет, но и эффективно его излучают. Этот процесс известен как фотолюминесценция.
Соответствующий параметр, квантовая эффективность фотолюминесценции, идеально подходит для определения качества перовскитных полупроводников. Вместе с учеными из Центра перспективных материалов (CAM) Гейдельбергского университета и Технического университета Дрездена исследователи из Института технологии микроструктуры (IMT) и Института световых технологий (LTI) разработали модель, с помощью которой фотолюминесценция квантовая эффективность перовскитных пленок может быть определена надежно и точно впервые. Их результаты представлены в Matter.
Материалы обладают большим потенциалом оптимизации, чем предполагалось
«С помощью нашей модели квантовая эффективность фотолюминесценции при солнечном облучении может быть определена гораздо точнее», – говорит д-р.
Пол Фассл из IMT. «Утилизация фотонов имеет большое значение. Это доля фотонов, испускаемых перовскитом, которые повторно поглощаются и переизлучаются в тонких пленках.«Исследователи применили свою модель к трииодиду свинца метиламмония (CH3NH3PbI3), одному из перовскитов с самой высокой квантовой эффективностью фотолюминесценции.
На данный момент, по оценкам, он составляет около 90 процентов. Модельные расчеты, однако, показали, что это около 78 процентов.
Ученые объясняют, что предыдущие оценки недостаточно учитывали эффект рассеяния света и, следовательно, недооценивали вероятность того, что фотоны – кванты световой энергии – покинут пленку до того, как они повторно поглотятся. «Наши результаты показывают, что потенциал для оптимизации этих материалов намного выше, чем предполагалось», – говорит д-р. Ульрих В. Паецольд, руководитель группы передовой оптики и материалов для фотоэлектрических систем нового поколения IMT.
На основе модели команда предлагает приложение с открытым исходным кодом, с помощью которого можно рассчитать квантовую эффективность фотолюминесценции различных перовскитных материалов.