Основа для новых фотоэлементов

GeorgAugustUniversitt_PolaronSolarzelleМеждисциплинарная группа исследователей разработала основы для совершенно нового типа фотоэлементов. Новый метод преобразует за рамками обычных механизмов действия инфракрасный свет в электрическую энергию.

Механизм действия твердотельного фотоэлемента состоит из минерального перовскита и основан на так называемом возбуждении полярона. Он объединяет возбуждение электронов и колебания решетки твердого тела. Участие в разработке нового метода приняли исследователи из Университета Геттингена, гёттингенской Института биофизической химии Макса Планка, Технического университета Клаусталь и федеральный научный центр «Немецкий электронный синхротрон» (DESY) в Гамбурге. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.

«В то время как в обычных фотоэлементах взаимодействие электронов с колебаниями решетки приводит к нежелательным потерям и, следовательно, представляет собою одну из основных проблем, такие поляронные возбуждения в перовскитных фотоэлементах могут фрактально образовываться при определенных рабочих температурах и быть достаточно жизнеспособными, чтобы вызвать ярко выраженный фотоэлектрический эффект,» объяснил ведущий автор Дирк Райзер из Института биофизической химии и DESY. «Однако, для этого требуется упорядоченное основное состояние зарядов, которое соответствует своего рода кристаллизации зарядов и обеспечивает столь сильные, кооперативные взаимодействия поляронов.»

Для начала фотоэлектрического эффекта исследованные перовскитные фотоэлементы следовало охладить в лаборатории до минус 35 градусов по Цельсию. Предпосылкой для практического применения является реализация упорядоченных поляронных состояний при более высоких температурах. «Чтобы проиллюстрировать принцип действия эффекта, использовался материал с хорошо известными свойствами. Для этого во внимание была принята очень низкая температура перехода,» объясняет соавтор профессор д-р Симона Техерт из Института рентгеновской физики Геттингенского университета, которая также является старшим научным сотрудником Института Макса Планка по биофизической химии и DESY.

Ученые из института физики материалов из Гёттингена работают над модификацией и оптимизацией материала для достижения более высокой рабочей температуры. «При определенных условиях такое кооперативное состояние может быть временно вызвано с помощью возбуждения большим количеством света,» говорит профессор Техерт. Если одна из этих стратегий закончится успехом, то будущие фотоэлементы или носители фотохимической энергии могут быть созданы с помощью существующих в достаточном количестве перовскитных оксидных соединений.

«Разработка высокоэффективных твердотельных фотоэлементов с простой структурой по-прежнему является научной задачей, которую ставят перед собой многие исследовательские группы по всему миру, чтобы обеспечить производство электроэнергии в будущем», говорит директор по научным исследованиям профессор д-р Кристиан Йоосс из Института физики материалов Университета Геттингена. «Наряду с оптимизацией материалов и структуры уже хорошо известных фотоэлементов также проводятся исследования новых основных механизмов светоиндуцированного переноса заряда и преобразования в электрическую энергию. Такая методика обеспечивает возможность разработки фотоэлементов на основе новых принципов действия».

Именно это в настоящее время удалось междисциплинарной группе физиков материалов, теоретиков, химических физиков и рентгеновских физиков в рамках совместного научно-исследовательского центра Геттингена (SFB) 1073 «Контроль преобразования энергии на атомном уровне». Таким образом, для исследования работы новых фотоэлементов решающее значение имеют сверхскоростной и структурный анализ в том виде, как они уже были использованы в текущих и предыдущих работах по этому вопросу.

В центре внимания в Геттингене является разработка материалов, возбуждением которых можно было бы управлять с помощью сильных взаимодействий. Развитие материала в рамках SFB 1073 интенсивно сопровождается теоретическими работами профессора д-ра Петера Блёхля из Технического университета Клаусталя. Они позволяют нам разработать фундаментальное понимание новых механизмов действия и, следовательно, обеспечить целевую разработку новых материалов.

Оригинальная публикация на странице: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201602174/full

Источник:  http://www.sonnenseite.com/de/wissenschaft/grundlage-fuer-neuartige-solarzellen.html?utm_source=dlvr.it&utm_medium=facebook

 

Написать нам