Красноярские ученые модифицировали перовскитный солнечный элемент с помощью фотонного кристалла и золотой нанорешетки. Это позволило повысить эффективность устройства на 35%. Результаты исследования опубликованы в журнале «Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки». Об этом CNews сообщили представители Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН).
Перовскитные солнечные элементы представляют собой одну из самых перспективных и быстроразвивающихся технологий в области солнечной энергетики. Их название происходит от минерала перовскита (титанат кальция), который был впервые открыт в 1839 г. на Урале. В основе современных перовскитных солнечные элементы все чаще используют металлоорганические соединения, основанные на йодиде метиламмония и йодиде свинца. Основным преимуществом перовскитных солнечных элементов является их высокая эффективность при сравнительно низкой стоимости производства. Эффективность этих элементов давно превысила 25%, что делает их конкурентоспособными с традиционными кремниевыми солнечными панелями. Кроме того, процесс их изготовления может быть более простым и дешевым. Перовскиты можно наносить на поверхность с использованием простых методов, таких как сплошное осаждение из раствора.
Ученые Красноярского научного центра СО РАН оценили эффективность перовкситного солнечного элемента, модифицированного фотонным кристаллом и золотой нанорешеткой.
«Фотонными кристаллами называют среды, в которых показатель преломления изменяется в пространстве с периодом, сопоставимым с длиной волны света. В результате в спектральном составе прошедших через кристалл световых волн образуются пробелы, которые называют запрещенными зонами. Их появление означает, что в этом спектральном диапазоне свет не может войти в фотонный кристалл или выйти из него. Фотонные кристаллы легли в основу нанофотонных устройств, таких как миниатюрные лазеры, фотодетекторы, сенсоры. Они также активно применяются и в солнечных элементах», — сказал Дмитрий Пыхтин, инженер лаборатории фотоники молекулярных систем Института физики имени Киренского СО РАН.
Благодаря высокому коэффициенту отражения в пределах запрещенной зоны, почти 100% излучения, падающего на фотонный кристалл, отражается и проходит через слой перовскита повторно. Добавление золотой нанорешетки в структуру солнечного элемента позволяет возбудить особое состояние света, которое называется таммовский плазмон-поляритон.
«Таммовский плазмон-поляритон — это состояние света, локализованное на границе двух отражающих сред. В предложенном солнечном элементе в качестве зеркал выступают фотонный кристалла и решетка золотых нанополос. Параметры структуры были подобраны таким образом, чтобы все падающее на него излучение поглощалось в фоточувствительном слое перовскита, что приводит к повышению эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую», — сказал кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Рашид Бикбаев.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Поделиться
