Ученые из KIT обнаружили ферроэлектрические наноструктуры в перовскитных фотоэлементах

solarzelle_nanostreifenЭффективность фотоэлементов из перовскита достигает сегодня более 20%. В поиске основных физических механизмов их работы ученые из технологического института Карлсруэ (КИТ) обнаружили в перовскитных слоях полосообразные наноструктуры с переменными электрическими полями, которые могут быть использованы в качестве транспортных путей для зарядов.

Перовскитные фотоэлементы относятся к наиболее перспективным технологиям в солнечной энергетике. Однако, перед исследователями перовскитных фотоэлементов стоят две задачи: сделать так, чтобы слои, поглощающие свет, были более устойчивыми к воздействиям окружающей среды, и заменить содержащийся в них тяжелый металл свинец на более экологически чистые химические элементы. Для этого требуется более глубокое понимание физических механизмов.

Междисциплинарная команда исследователей из KIT под руководством руководителя исследовательской группы органических солнечных батарей доктора Александра Кольсманна из Института технологий света (LTI) и научного центра материалов для энергетических систем (MIE) измерила перовскитные фотоэлементы с использованием специальной микроскопической техники и обнаружила при этом в слоях, поглощающих свет, ферроэлектрические наноструктуры.

Ученые увидели, что перовскит — галогенид свинца образует в процессе формирования тонких слоев полосообразные ферроэлектрические домены шириной около 100 нанометров с переменными электрическими полями. Эта переменная электрическая поляризация в материале может сыграть решающую роль при транспортировке фотогенерированных зарядов из фотоэлементов и тем самым объяснить особые свойства перовскита.

«Ферроэлектрические структуры размером в несколько десятков нанометров могли бы почти совершенно образовывать отдельные транспортные пути для зарядов в фотоэлементе,» объясняет Александр Кольсманн. Ученые уже несколько лет ищут подобные структуры, чтобы повысить эффективность фотоэлементов.

«Эти структуры возникают в перовскитных фотоэлементах при определенных условиях, по-видимому, сами по себе,» говорит профессор Михаэль Й. Хоффманн, директор Института прикладных материалов — керамических материалов и технологий (IAM KWT), входящего в состав KIT. Ему известны подобные ферроэлектрические структуры из исследований керамики.

Теоретические работы других исследователей уже ранее предсказали эти полезные наноструктуры. До сих пор, однако, не было доказательств. Ученые из технологического института Карлсруэ изучили ферроэлектричность перовскита — галогенида свинца в рамках проекта, финансируемого фондом «Nanosolar» из Баден-Вюртемберга. Их результаты опубликованы в журнале Energy & Environmental Science.

Источник: http://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2017/kw15/kit-forscher-entdecken-ferroelektrische-nanostrukturen-in-perowskit-solarzellen.html

 

Написать нам