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 Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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