Per pastaruosius metus mokslininkai atrado, kad lygiagretiniai halidų perovskitai, nors ir turintys struktūrinių defektų, gali efektyviau konvertuoti saulės šviesą į elektros energiją. Šis atradimas gali pakeisti saulės energijos pramonę, nes šie elementai jau dabar artėja prie silikoninių saulės elementų efektyvumo, kurie ilgą laiką dominavo rinkoje.
Efektyvumo paslaptis
Mokslininkai iš Austrijos Mokslo ir Technologijų instituto (ISTA) neseniai paskelbė tyrimą, kuriame paaiškino, kodėl šie paprasti ir pigūs medžiagos gali konkuruoti su ilgą laiką tobulintais silikoniniais elementais. Nors silikonui reikalingos itin švarios viengubos kristalo plokštės, halidų perovskitai gali būti gaminami naudojant pigias tirpalų metodikas, išlaikydami panašią efektyvumo lygį.
Mokslininkų atradimai
Tyrėjai Dmytro Rak ir Zhanybek Alpichshev atskleidė, kad netobulumai šiuose medžiaguose iš tiesų padeda efektyviai perduoti elektros krūvius. Jie atrado, kad natūraliai susidarantys struktūriniai defektai sukuria tinklus, leidžiančius elektriniams krūviams efektyviai judėti per medžiagą. Pasak Rako, „mūsų tyrimas pateikia pirmą fizinį paaiškinimą, kuris atitinka daugumą, jei ne visas, aprašytas šių medžiagų savybes“. Tai gali padėti perovskitinius saulės elementus perkelti į plačiai naudojamas programas.
Naujas požiūris į medžiagas
Halidų perovskitai buvo pirmą kartą identifikuoti 1970-aisiais, tačiau tik 2010-aisiais jie sulaukė dėmesio dėl savo gebėjimo efektyviai konvertuoti šviesą. Be to, šios medžiagos taip pat parodė potencialą LED technologijose ir rentgeno spindulių detekcijoje. Alpichshev pažymėjo, kad „šios medžiagos pasižymi stulbinančiomis kvantiniais savybėmis, tokiomis kaip kvantinė koherencija kambario temperatūroje“.
Krovinių generavimas ir transportavimas
Norint, kad saulės elementai veiktų efektyviai, jie turi sugerti saulės šviesą ir paversti ją elektriniais krūviais. Šis procesas sukuria neigiamus elektronus ir teigiamus „skylės“. Šie krūviai turi keliauti per medžiagą iki elektrodų, kad pagamintų naudojamą elektrą. Mokslininkai atrado, kad vidinės jėgos haliduose perovskituose aktyviai atskiria elektronus ir skylas, taip užkirsdamos kelią jų rekombinacijai.
Paslėptos jėgos ir inovacijos
ISTA komanda pasiūlė, kad vidinės jėgos haliduose perovskituose aktyviai atskiria elektronus ir skylas, užkirsdamos kelią jų rekombinacijai. Tyrėjai naudojo nelinearines optines technikas, kad įterptų krūvius giliai į medžiagą, ir stebėjo nuolatinį srovės tekėjimą, net nenaudojant išorinės įtampos. „Šis stebėjimas aiškiai parodė, kad net viduje viengubų kristalų, nesukurtų modifikacijų, yra vidinės jėgos, kurios atskiria priešingus krūvius“, – sakė Alpichshev.
Perspektyvos ateityje
Šie atradimai atveria duris galimybėms kurti efektyvesnius ir pigesnius saulės elementus, kurie galėtų būti plačiai naudojami kasdieniame gyvenime. Mokslininkai pabrėžia, kad jų tyrimas suteikia vieningą paaiškinimą perovskitų elgsenai, o tai gali padėti sprendžiant ilgalaikes problemas, susijusias su jų energijos konversijos efektyvumu.
