Ученые из Массачусетского технологического института повысили чувствительность существующего кремния солнечный клеток методом синглетно-экситонного деления. Это может повысить эффективность солнечный ячеек с 18 процентов до 35 процентов, что удваивает выработку энергии и тем самым снижает затраты на солнечные технологии.
Становится настоятельной необходимость уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива и создать технологии для устойчивого будущего. Солнечная энергия является возобновляемым источником энергетика в котором Солнце свет преобразуется в электрическую энергию. Солнечные батареи чаще всего изготавливаются из кремния, в котором для преобразования используется фотоэлектрический процесс. солнечный свет в электричество. Также разрабатываются тандемные ячейки, которые обычно включают перовскитовые ячейки, где каждая секция солнечный клетки могут использовать Солнце энергию из ее разнообразного спектра и, таким образом, имеют более высокую эффективность. Доступные сегодня солнечные элементы ограничены своей эффективностью, которая составляет всего 15-22 процента.
Исследование, опубликованное 3 июля в Природа продемонстрировал, как кремний солнечный КПД клеток можно повысить до 35 процентов, применив эффект, называемый синглетным экситонным делением. В этом эффекте одна частица света (фотон) может генерировать две пары электрон-дырка, а не только одну. Деление одиночного экситона наблюдается во многих материалах с момента его открытия в 1970-х годах. Настоящее исследование было направлено на то, чтобы впервые перевести этот эффект в жизнеспособный метод. солнечный клетка.
Исследователи перенесли эффект деления одиночного экситона из тетрацена – известного материала, который его проявляет – в кристаллический кремний. Этот материал тетрацен представляет собой углеводород. органический полупроводник. Перенос был достигнут путем размещения дополнительного тонкого слоя оксинитрида гафния (8 ангстрем) между слоем экситонного тетрацена и кремнием. солнечный ячейки и их соединение.
Этот крошечный слой оксинитрида гафния действовал как мост и делал возможным генерацию фотонов высокой энергии в слое тетрацена, которые затем вызывали высвобождение двух электронов в кремниевой ячейке в отличие от обычного. Эта сенсибилизация кремния солнечный Ячейка уменьшила потери при термализации и обеспечила лучшую чувствительность к свету. Энергетический выход солнечный ячейки увеличились вдвое, поскольку больше выходных данных было получено из зеленой и синей частей спектра. Это может повысить эффективность солнечный клеток до 35 процентов. Эта технология отличается от тандемных солнечных элементов, поскольку она просто увеличивает ток кремния без добавления дополнительных ячеек.
В текущем исследовании были продемонстрированы импровизированные кремниевые солнечные элементы с синглетным делением, которые могут демонстрировать повышенную эффективность и, таким образом, снижать общую стоимость производства энергии в солнечной технологии.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Einzinger, M. et al. 2019. Сенсибилизация кремния делением синглетных экситонов в тетрацене. Природа. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
