Репортаж от Wedoany，Недавно исследовательская группа из Института науки и технологий Австрии (Institute of Science and Technology Austria) обнаружила, что низкозатратные и полные структурных дефектов перовскитовые солнечные батареи достигают эффективности, близкой к традиционным кремниевым батареям, благодаря существующей внутри кристалла сети «доменных стенок». Эти доменные стенки активно разделяют электроны и дырки, предотвращая их быструю рекомбинацию, что обеспечивает эффективный перенос заряда.
В традиционных солнечных технологиях чистота кремниевых кристаллов практически не допускает дефектов. Каждый дефект может стать ловушкой для заряда, приводя к потерям энергии. Поэтому производство кремниевых пластин, пригодных для солнечных батарей, требует дорогостоящего и энергоёмкого процесса очистки. Перовскитовые солнечные батареи следуют совершенно иному пути. Эти галогенидные соединения свинца, выращенные из раствора, сами по себе полны структурных дефектов. Хотя по логике кремниевых материалов такой материал не должен обладать хорошими фотоэлектрическими свойствами, за последние 15 лет его эффективность неуклонно росла и в настоящее время приближается к уровню монокристаллических кремниевых батарей.
Чтобы разрешить это противоречие, исследователи ISTA Дмитро Рак и Жаныбек Алпичшев выдвинули гипотезу: внутри перовскитового кристалла существует электрическое поле, которое активно разделяет электроны и дырки, предотвращая их рекомбинацию. Используя нелинейную оптическую технику для инжекции заряда вглубь материала, команда обнаружила, что даже без внешнего напряжения каждый раз генерируется ток одного направления, что указывает на способность самого материала разделять заряды.
Затем исследователи использовали ионы серебра в качестве «зонда», чтобы выявить источник этой разделяющей силы. Поскольку перовскит может проводить ионы, Рак ввёл ионы серебра в кристалл, которые естественным образом мигрировали и накапливались вдоль определённых структурных границ — доменных стенок. После превращения ионов серебра в металлическое серебро под микроскопом стала видна плотная, взаимосвязанная сеть доменных стенок. Когда фотоиндуцированные пары зарядов образуются вблизи доменной стенки, локальное электрическое поле немедленно притягивает электроны и дырки в противоположные стороны, заставляя их перемещаться на большие расстояния вдоль доменной стенки, превращаясь в полезную электрическую энергию. Эта сеть доменных стенок превращает структуры, которые ранее считались дефектами, в инфраструктуру, обеспечивающую эффективную работу всей системы.
Это открытие предлагает новый подход к повышению производительности перовскитовых солнечных батарей. Ранее основные усилия по оптимизации были направлены на корректировку химического состава, тогда как данное исследование указывает на совершенно новый путь: оптимизацию переноса заряда путём прямой инженерии структуры доменных стенок внутри кристалла. Этот метод может позволить дальнейшее повышение эффективности перовскитовых солнечных батарей при сохранении низкозатратного процесса приготовления раствора.
