Предложен метод повышения эффективности солнечных батарей и светодиодов при использовании углеродных точек — Naked Science
7 минут
Университет ИТМО

Предложен метод повышения эффективности солнечных батарей и светодиодов при использовании углеродных точек

4.8

Международная группа ученых, куда вошли исследователи из Университета ИТМО, предложила метод, который позволит сделать солнечные батареи и светодиоды заметно более эффективными. При этом ученые смогли добиться такого результата, работая не с основным активным слоем устройств, а лишь доработав вспомогательные слои, отвечающие за транспорт электронов.

Предложен метод повышения эффективности солнечных батарей и светодиодов при использовании углеродных точек / ©agroportal.ua

Работа исследователей опубликована в журнале Advanced functional materials. Борьба за сохранение экологии, резкие колебания цен на нефть и газ приводят к тому, что инвесторы все чаще обращаются к возобновляемой энергетике. Вот почему ученые в разных странах активно работают над тем, чтобы сделать генерацию из возобновляемых источников максимально эффективной. Так, сейчас активно ведется работа над повышением КПД солнечных батарей, одного из самых популярных источников «зеленой» энергии в мире.

Как правило, ученые работают с активным слоем фотоэлементов, ответственным за поглощение энергии света – их делают из кремния, соединений галлия и мышьяка, перовскита и других материалов. Однако эффективность, стоимость и долговечность батареи зависит не только от активного слоя, но также и от вспомогательных слоев. Повышение их эффективности одновременно со снижением стоимости может позволить поднять конкурентоспособность разработки.

Вспомогательные слои в солнечной батарее бывают электрон-транспортными и дырочно-транспортными. Когда солнечный свет достигает активного слоя, то в нем формируются отрицательный и положительный заряды. После этого их надо развести по соответствующим электродам. Именно за это и отвечают вспомогательные слои: электрон-транспортный – за извлечение из активного слоя и перенос отрицательного заряда; дырочно-транспортный — положительного.

Международная группа ученых, среди которых исследователи из Университета ИТМО, предложила новый метод для создания вспомогательных слоев для солнечных батарей и светодиодов на основе перовскита. Они использовали углеродные точки – экологичный, сравнительно дешевый материал, который легко получать в как в лабораторных, так и промышленных условиях.

«Углеродные точки – это наночастицы на основе углерода диаметром от двух до десяти нанометров, – поясняет ведущий научный сотрудник Университета ИТМО Александр Литвин, являющийся соавтором исследования, – на их поверхности всегда присутствуют различные функциональные группы, которые во многом определяют свойства этого материала.

Ведущий научный сотрудник Университета ИТМО Александр Литвин / ©Пресс-служба ИТМО

Само использование углеродных точек для солнечных элементов не является первым, важна именно модификация их поверхности за счет работы с функциональными группами. Различное соотношение этих групп на поверхности определяет электронную конфигурацию углеродных точек. Соответственно, их подбор позволяет получить оптимальные значения рабочих функций электродов и энергетических уровней транспортных слоев, на которые они наносятся.

Это делает возможным получить оптимальную конфигурацию устройства с максимальной эффективностью. Подход является универсальным для различных типов устройств, что позволило впервые использовать углеродные точки для увеличения эффективности работы светодиодов».

Углеродные точки, полученные из различного биологического материала / ©ru.qwe.wiki

Полученный таким образом материал можно использовать не только для солнечных батарей, но и для вспомогательных слоев светодиодов. Устройство светодиода в целом сходно, только процесс там обратный – положительный и отрицательный заряды нужно не извлекать из активного слоя, а, напротив, инжектировать в него. В обоих случаях зарубежные коллеги ученых из Университета ИТМО получили значительное повышение эффективности устройств, созданных с применением вспомогательных слоев из описанных выше углеродных точек.

«Были созданы устройства, исследованы их характеристики, – заключает Александр Литвин, – в случае с солнечными батареями на основе перовскитов удалось получить увеличение эффективности с 17,3% до 19,5% то есть практически на 13%. Для светодиодов, в зависимости от конкретного материала эмиссионного слоя, внешняя квантовая эффективность (отношение количества фотонов, излучаемых светодиодом, к количеству электронов, инжектируемых в него) увеличилась в 2,1 – 2,7 раз».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет ИТМО
19 статей
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» — первое неклассическое высшее учебное заведение Санкт-Петербурга, один из национальных исследовательских университетов России.
Вчера, 15:25
55 минут
Александр Березин

Ровно 208 лет назад русские войска разгромили армию Наполеона при Березине. Часто говорят, что отступление французской Великой армии из Москвы было чередой ее неудач и русских успехов. Однако реальность оказалась заметно сложнее: де-факто русские войска понесли большие неоправданные потери, а общим итогом кампании стало бегство Наполеона из России, но не его пленение, почти неизбежное в тех условиях. Наиболее вероятной причиной всех этих проблем было особое геополитическое видение ситуации одним человеком — Михаилом Кутузовым. Рассказываем, почему он не хотел побеждать Наполеона и сколько жизней за это заплатила наша страна.

Позавчера, 13:35
5 минут
Илья Ведмеденко

В состав Черноморского флота включили новый патрульный корабль проекта 22160 — «Павел Державин».

Позавчера, 08:00
4 минуты
Василий Парфенов

Пятый энергоблок АЭС «Фуцин» подключили к электросети — это полноценный ввод в эксплуатацию первого китайского атомного реактора поколения III+ Hualong One полностью собственной разработки. По мнению местных экспертов, знаменательное событие позволяет надеяться на успех этого типа реакторов не только на внутреннем, но и на международном рынке.

24 ноября
8 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

Позавчера, 13:35
5 минут
Илья Ведмеденко

В состав Черноморского флота включили новый патрульный корабль проекта 22160 — «Павел Державин».

Вчера, 15:25
55 минут
Александр Березин

Ровно 208 лет назад русские войска разгромили армию Наполеона при Березине. Часто говорят, что отступление французской Великой армии из Москвы было чередой ее неудач и русских успехов. Однако реальность оказалась заметно сложнее: де-факто русские войска понесли большие неоправданные потери, а общим итогом кампании стало бегство Наполеона из России, но не его пленение, почти неизбежное в тех условиях. Наиболее вероятной причиной всех этих проблем было особое геополитическое видение ситуации одним человеком — Михаилом Кутузовым. Рассказываем, почему он не хотел побеждать Наполеона и сколько жизней за это заплатила наша страна.

14 ноября
35 минут
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
26 минут
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
8 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: