Солнечные батареи на основе перовскита стали очень популярны в последние несколько лет. 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 Университета ИТМО совместно с коллегами из СПбГУ, 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 Александра Фурасова, аспирант физико-технического факультета Университета ИТМО.
По словам ученых, это первая работа, в которой использовались диэлектрические частицы для улучшения поглощения света верхним слоем солнечной батареи. 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 Сергей Макаров, заведующий лабораторией гибридной нанофотоники и оптоэлектроники физико-технического факультета Университета ИТМО.
Статья: Resonant Silicon Nanoparticles for Enhanced Light Harvesting in Halide Perovskite Solar Cells. Aleksandra Furasova et al. Advanced Optical Materials, 30 August 2018.
