Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физики впервые целостно объяснили эффективность перовскитных солнечных батарей
Ученые не полностью понимали, как насыщенные дефектами перовскиты могут соревноваться по эффективности с предельно точно сконструированным кремнием. Оказалось, сети дефектов работают не как ловушки, а как магистрали.
Солнечные панели и батареи изготавливают давно и из разных материалов. Слои, отвечающие именно за сбор энергии, работают и на тщательно выращенном кремнии с четко заданными легированием свойствами, и на перовскитах. Технология производства и нанесения последних намного проще кремниевой, практически до уровня «распределите по поверхности и высушите». Перовскиты на основе галогенидов свинца эффективно перерабатывают солнечную энергию в электричество даже при большом количестве примесей и дефектов в материале, показывая КПД на уровне стандартов отрасли.
Многие годы ученые находили части объяснения этого эффекта, но недавно физики из Института науки и технологий Австрии (ISTA) представили целостное объяснение механизма, лежащего в основе эффективности перовскитов, а также визуализировали свои выводы экспериментально. Их статья вышла в журнале Nature Communications.
Оказалось, пока кремниевые солнечные элементы полагаются на совершенство внутренней структуры, для перовскитов верно обратное. Именно естественная сеть структурных дефектов позволяет разделять и перемещать заряд на большие расстояния.
Эффективный солнечный элемент должен поглощать падающий свет и эффективно разделять его на отрицательно заряженный электрон и положительно заряженную дырку. После заряды путешествуют к электродам, генерируя полезный ток. Однако в небольших образцах идеальных перовскитов электроны и дырки быстро рекомбинируют, компенсируя друг друга. При этом в крупных образцах они остаются разделенными достаточно долго, чтобы показать высокий КПД солнечного элемента.
Исследователи ISTA предположили, что внутри перовскитов действуют неучтенные силы, предотвращающие рекомбинацию. Чтобы проверить эту гипотезу, команда вводила электроны и дырки глубоко в объем перовскитов с помощью нелинейных оптических методов. После каждого внедрения частиц ученые наблюдали ток в отсутствие приложенного напряжения. Это подтвердило существование неучтенных факторов, помогающих разделению и переносу заряда.
В несовершенной структуре перовскитов небольшие смещения атомов создают домены электрической поляризации — области с одинаковой поляризацией, одинаковым направлением электрического поля. Между доменами расположены стенки-границы, на которых поляризация резко изменяется. На доменных стенках в материале возникают сильные электрические поля и механическая деформация. Физики предположили, что доменные стенки, пронизывающие весь материал разветвленной сетью, позволяют зарядам оставаться разделенными.
Чтобы подтвердить это предположение, физики обратились к химии и разработали собственный метод электрохимического окрашивания стенок доменов. Во время «серебряной ангиографии» в объем материала проникают ионы серебра. Они накапливаются на доменных стенках, а после насыщения материала ученые преобразуют ионы в металлическое серебро электрохимическими методами. Это делает стенки видимыми во всем объеме материала.
«Если электрон-дырочная пара создается вблизи доменной стенки, локальное электрическое поле растаскивает электрон и дырку, помещая их по разные стороны стенки. Не имея возможности немедленно рекомбинировать, они могут дрейфовать вдоль доменных стенок в течение времени, которое кажется вечностью по меркам носителей заряда, и преодолевать большие расстояния», — объяснил первый автор статьи Дмитро Рак (Dmytro Rak).
Так ученые продемонстрировали существование «магистралей носителей заряда» внутри перовскитов, делающих их эффективными для сбора солнечной энергии. С целостной картиной физических свойств этих материалов исследователи смогут перейти на новый этап изучения и модификаций их свойств для использования в электронике.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из Института космических исследований РАН и МФТИ раскрыли химический механизм, объясняющий появление молекул воды на поверхностях астероидов.
Ученые Томского государственного университета изучили историческую память современного человека и его восприятие событий Гражданской войны в России (1917–1922 годы). Эксперимент проводился с применением айтрекинговых технологий: испытуемым нужно было просмотреть визуальные образы и символы на плакатах эпохи Гражданской войны. Выяснилось, что люди старшего возраста интуитивно в большей мере симпатизируют красным, образ Белого движения размыт в сознании людей, и до сих пор в обществе нет ясного и однозначного отношения к Белой армии.
Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета разработали эффективный способ обнаружения в крови важнейшего биомаркера иммунитета — неоптерина — с помощью нанотехнологий и лазера.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
На наземные растения, в основном деревья, приходится 80 процентов всей биомассы Земли, 450 миллиардов тонн сухого углерода и более двух триллионов тонн «живого веса». Поэтому идея сажать новые леса для связывания СО2 из атмосферы долго казалась логичной. Новые данные показали, что реальность заметно сложнее.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии