Как ученые сделали перовскиты более универсальными
Область применения перовскитов огранена отчасти из-за охлаждения горячих носителей заряда. Однако ученые нашли способ контролировать скорость этого процесса, прикладывая к материалу высокое давление или создавая внутреннее напряжение
В солнечных батареях теряется около двух третей энергии солнечного света. Половина этих потерь происходит из-за процесса, называемого «охлаждением горячих носителей заряда», когда высокоэнергетические фотоны отдают часть энергии в виде тепла перед тем, как создать электрический ток. Перовскиты являются перспективным материалом для солнечных элементов следующего поколения, так как производить их довольно дешево, а состав легко изменить под различные потребности.
В солнечных батареях свет с энергией, достаточной для преодоления запрещенной зоне полупроводника, способен выбить электроны из структуры материала и создать электрический ток. Но фотоны с более высокой энергией не могут создавать электроны эффективно. Они создают так называемые горячие носители — высокоэнергетические электроны (и дырки), которые должны остыть, прежде чем будут использованы. Охлаждение горячих носителей происходит самопроизвольно: они теряют свою избыточную энергию в виде тепла в результате рассеяния до тех пор, пока не достигнут уровня нижней границы зоны проводимости.
Ученые из Нидерландской организации научных исследований нашли способ не допустить этого охлаждения и тем самым повысить эффективность работы солнечных элементов. Исследователи предположили, что скорость процесса может зависеть от давления, приложенного к материалу. Физики исходили из того, что повышение давления увеличивает амплитуду колебаний атомов внутри материала, а следовательно и скорость охлаждения.
Исследователи решили проверить это предположение и обнаружили, что действительно могут управлять временем охлаждения при помощи давления. При давлении в 3000 атмосфер процесс начал идти в два-три раза быстрее. Солнечный элемент не смог бы работать при таких высоких давлениях, но подобный эффект можно получить при создании аналогичных внутренних напряжений. По словам авторов, открытие позволит использовать перовскиты и в других областях, помимо солнечных батарей. Например, физики говорят о потенциальном применении этих материалов в лазерах, светодиодах, сенсорах и термоэлектрических устройствах.
Статья опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.