Извор: ввв.веволвер.цом
Истраживачи су развили пасту направљену од титанијум диоксида и резонантних наночестица силицијума која служи као додатни слој у процесу производње соларних ћелија. Мие-резонантне честице у пасти омогућавају контролу количине апсорбоване светлости и повећавају стварање фотострује, што је омогућило истраживачима да повећају ефикасност соларних ћелија до 21%. Важно је напоменути да су експерименти изведени на халидним (МАПбИ3) перовскитима, који су најраспрострањенији и најбоље проучени у области фотонапонских система.
Доступни материјали
Халогениди перовскити су неки од најперспективнијих материјала у савременој фотонапони, међутим имају један значајан недостатак: њихов фотоактивни слој је само око 300-600 нанометара. Такви танки слојеви не могу апсорбовати сву долазну светлост, али се истовремено не могу учинити дебљим - тада ће се светлост активније распршити узрокујући губитке енергије.
Једна од две стратегије може се користити за повећање ефикасности соларних ћелија на бази перовскита: побољшање сакупљања набоја или повећање апсорпције светлости. Прва стратегија захтева употребу сложенијих композиција перовскита и увођење додатних супстанци (обично ретких метала), као и генерално повећање сложености структуре. Наравно, то доводи до повећања трошкова производње. Истраживачи са Универзитета ИТМО заједно са колегама са универзитета Тор Вергата заобишли су овај проблем повећавајући концентрацију светлости унутар соларних ћелија. Штавише, њихово решење користи силицијум, један од елемената који је у природи најприступачнији.
„Силицијум можемо добити из песка, тако да постоји готово бескрајна залиха овог материјала. Било би чудно решење једноставно увести силицијум у структуру перовскита, али могло би се увести као наночестица. Такве честице служе као наноантене - хватају светлост и она одјекује у њима. И што светлост дуже остаје у фотоактивном слоју, материјал је више апсорбује “, објашњава професор на ИТМО -овој Физичко -инжењерској школи.
Александра Фурасова и Сергеј Макаров. Фотографија Екатерина Схевирева, ИТМО.НЕВС
Тачни прорачуни
Трик је у томе што су силицијумске наночестице одређене величине Мие-резонантне. Захваљујући овом ефекту, наночестице могу појачати различите оптичке појаве, укључујући апсорпцију светлости и спонтано зрачење. Другим речима, они раде као наноантене. Међутим, да би искористили ово својство, истраживачи су морали да спроведу озбиљне теоријске прорачуне и изграде модел који узима у обзир електрофизичка и оптичка својства свих слојева и наночестица када су изложени спољном зрачењу и напону.
Паста од наночестица коју су развили истраживачи. Фотографија Екатерина Схевирева, ИТМО.НЕВС
Други кључни и сложени задатак пројекта био је идентификовање најбоље локације за развијену пасту. Соларне ћелије се производе методом спин облоге, када се слојеви течности секвенцијално наносе један на други. Ово омогућава стварање танких филмова контролисано различите дебљине и концентрације. Штавише, практично се додатни материјали и супстанце могу додати филмовима током такве производње.
Производња ћелије перовскита са пастом од наночестица. Фотографија Екатерина Схевирева, ИТМО.НЕВС
„Течним методама можемо лако одвојити количину сувих наночестица у раствору. Оно што смо морали да одлучимо је у који слој требамо ставити честице Мие-резонантне. Ако се ставе у слој перовскита, оштетили би његова фотоактивна подручја. Да су стављени у горњи транспортни слој, светлост би се већином апсорбовала до тренутка када је стигла до наночестица кроз све слојеве испод њих. Зато смо поставили наночестице у следећи слој након перовскита - на овај начин су ближе извору светлости и ефикасније раде као антене “, каже Александра Фурасова, први аутор рада и млађи научни сарадник на ИТМО -овој Физичкој школи и Инжењеринг.
Производња ћелије перовскита са пастом од наночестица. Фотографија Екатерина Схевирева, ИТМО.НЕВС
Једноставна технологија
Развијена паста се лако наноси и може се користити са соларним ћелијама било ког састава и конфигурације. Истовремено, нема додатних компликација у производном процесу, док се трошкови насталих уређаја повећавају за само 0,3%.
„Паста се може лако наносити другим методама, не само са спин премазом. То је сирови универзални производ који се може користити у другим врстама соларних ћелија, као и у производњи различитих уређаја - фотодетектора, жетелаца и оптоелектронике. Таква производња је такође еколошки прихватљива, јер не користимо ретке материјале. Као резултат тога, развили смо прилично технолошко решење и верујемо да ће производ бити универзално применљив и тражен “, закључује Сергеј Макаров.
