Группа ученых из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики (NREL) определила, что поверхностная рекомбинация ограничивает производительность поликристаллических перовскитных солнечных элементов.
Значительные исследования перовскитов в NREL и других местах доказали эффективность материала в преобразовании солнечного света в электричество, обычно превышающую 20-процентную эффективность. Солнечный свет создает подвижные электроны, движение которых генерирует энергию, но при столкновении с дефектами может соскальзывать в непроизводительный процесс. Этот процесс, известный как рекомбинация, снижает эффективность солнечной батареи. Чтобы клетка была максимально эффективной, рекомбинация должна происходить медленно.
Поскольку предыдущие исследования перовскитов были сосредоточены на объемной рекомбинации, одна область, которая до сих пор оставалась неисследованной, касалась поверхностной рекомбинации в перовскитах йодида свинца. Ученые NREL определили, что рекомбинация в других частях пленки перовскита метиламмония не так важна, как то, что происходит на поверхности, как сверху, так и снизу.
Мэттью Берд и его коллеги из Центра химии и нанотехнологий NREL изучали поверхностную рекомбинацию в монокристаллических и поликристаллических пленках с помощью спектроскопии нестационарного отражения. Их выводы, верхняя и нижняя поверхности ограничивают время жизни носителей в пленках перовскита йодида свинца, опубликованы в журнале Nature Energy.
«Важно знать, откуда идет рекомбинация», - сказал Бирд, ведущий автор исследовательской работы.«Существует несколько источников возможной рекомбинации. Чтобы улучшить ваше устройство, вас просят избавиться от всей безызлучательной рекомбинации. Обычно люди забывают о поверхностях. Они думают о границах зерен. Они думают об объемных дефектах и так далее.."
Соавторы Beard все из NREL: Ye Yang, Mengjin Yang, David T. Moore, Yong Yan, Elisa M. Miller и Kai Zhu.
Бард сказал, что исследования определили поверхностную рекомбинацию как препятствие, которое необходимо преодолеть. Поверхностная рекомбинация напрямую влияет на производительность фотогальванического устройства. Возможность создавать поверхности готова принести пользу в оптоэлектронных приложениях на основе перовскитов. Быстрая поверхностная рекомбинация может быть использована для разработки фотодетекторов, в то время как лазеры и светодиоды требуют более медленной скорости.
Второе исследование, которое одновременно появилось в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, авторами которого являются Мэнджин Ян, Инин Цзэн, Чжэнь Ли, ДонХве Ким, Чун-Шэн Цзян, Джао ван де Лагемаат и Кай Чжу, еще больше подкрепили выводы. бумаги. Это исследование с использованием изображений флуоресценции с высоким разрешением также показало, что определяющим фактором является поверхностная рекомбинация, а не рекомбинация границ зерен.
Исследователи сравнили два типа образцов: монокристаллы и поликристаллические пленки. Удивительно, но поверхностная рекомбинация хуже для монокристаллических образцов по сравнению с поликристаллическими образцами, используемыми в устройствах с солнечными элементами. Химически избыток иодида метиламмония присутствовал на поверхности поликристаллической пленки, но отсутствовал на монокристаллическом образце.
"Кажется, это помогает", сказал Борода. «Монокристалл имеет богатую свинцом поверхность и более быструю поверхностную рекомбинацию».
Исследование показало, что легкое покрытие защитного материала на поверхности поликристаллических тонких пленок может еще больше улучшить характеристики перовскитных солнечных элементов.