Ученым из Института энергетических и климатических исследований Юлиха (IEK-5) удалось поднять напряжение холостого хода фотоэлементов на основе перовскита до рекордных 1,26 вольта. Как сообщает исследовательский центр, этот параметр является ключом к повышению эффективности: он показывает, сколько носителей электрического заряда есть в фотоэлементе, когда на него падает свет, и, таким образом, прямо пропорционален мощности, которую может достичь фотоэлемент.
По словам ученых, напряжение холостого хода представляет для них большой интерес, потому что оно показывает, сколько энергии теряется внутри фотоэлемента в результате так называемых рекомбинационных процессов. О рекомбинации говорят, когда носители заряда в фотоэлементах возвращаются из возбужденного состояния обратно в нормальное состояние. Как долго носители заряда будут оставаться возбужденными и подвижными, зависит, среди прочего, от используемых материалов и границ раздела, которые могут быть изготовлены с использованием различных технологий производства. Энергия, которая, по меньшей мере, необходима для возбуждения электронов, так называемая запрещенная зона, также оказывает влияние на напряжение холостого хода, что обычно не способствует росту эффективности. Именно поэтому сравнение напряжений холостого хода приходится всегда делать по отношению к ширине запрещенной зоны полупроводника. При более высоких значениях ширины запрещенной зоны напряжение холостого хода растет, но при этом уменьшается поглощение фотонов.
Предыдущее максимальное значение напряжения холостого хода фотоэлементов на основе перовскита с наиболее часто используемой шириной запрещенной зоны в 1,6 электрон-вольт составляло, по данным исследовательского центра Юлиха, 1,21 вольта. Теоретический максимум для используемой в настоящее время запрещенной зоны составляет 1,32 вольта. Теперь же ученым удалось доказать, что максимально достижимое напряжение в принципе не ограничивается только материалами контактов с обеих сторон. С точки зрения рекомбинации качество слоев и границы раздела в перовскитных фотоэлементах аналогично качеству фотоэлементов, изготовленных из кремния и арсенида галлия, которые можно получить только при применении чрезвычайно затратных методов при высоких температурах. Это доказывает, что у печатных фотоэлектрических и оптоэлектронных устройств в долгосрочной перспективе есть потенциал стать такими же эффективными, как и фотоэлементы из обычных полупроводниковых материалов. Тем не менее, до технической зрелости еще далеко, поскольку у нынешнего поколения перовскитных фотоэлементов все еще имеются значительные проблемы с долгосрочной стабильностью.
Источник: https://www.pv-magazine.de/2019/01/29/juelicher-forscher-erhoehen-leerlaufspannung-von-perowskit-solarzellen-auf-126-volt/