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.
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» — первое неклассическое высшее учебное заведение Санкт-Петербурга, один из национальных исследовательских университетов России.
15 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Истребитель F-15C Eagle Военно-воздушных сил США уничтожил цель ракетой AIM-120 AMRAAM на максимальной дистанции из всех известных.

Позавчера, 11:15
2 минуты
Илья Ведмеденко

Российские специалисты из Фонда перспективных исследований приступили к разработке летающего автомобиля «Циклокар». Предполагается, что он сможет вмещать шесть человек.

15 апреля
5 минут
Илья Ведмеденко

Разработку систем обеспечения водой для комплекса на поверхности Луны и межпланетной космической станции могут начать в 2022 году.

15 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Истребитель F-15C Eagle Военно-воздушных сил США уничтожил цель ракетой AIM-120 AMRAAM на максимальной дистанции из всех известных.

13 апреля
5 минут
Ольга Иванова

Хронический риносинусит, который связан с постоянной заложенностью носа и головными болями, как выяснили ученые, может вызывать и изменения в головном мозге.

12 апреля
6 минут
Илья Ведмеденко

По данным американских и южнокорейских источников, новая северокорейская субмарина массой в 3000 тонн готова к спуску на воду. Предполагается, что она сможет нести три баллистические ракеты.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: