Перовскитные солнечные элементы уступают кремниевым солнечным элементам с точки зрения эффективности, но некоторые их свойства еще не полностью изучены.
КПД преобразования энергии солнечных батарей из перовскита теоретически может достигать 30,5%. Однако, чтобы приблизиться к такому уровню эффективности, необходимо повысить оптоэлектронное качество перовскитных полупроводников.
Материалы, которые используются для фотоэлектрических систем, должны не только поглощать свет, но и эффективно его излучать - процесс, известный как фотолюминесценция. Связанный с этим параметр измерения, называемый квантовым выходом фотолюминесценции, идеально подходит для полупроводникового перовскита.
Группа исследователей из немецкого Технологического института Карлсруэ (KIT), Гейдельбергского университета и Технического университета Дрездена разработала новую модель, с помощью которой впервые можно надежно и точно определить квантовый выход фотолюминесценции в слоях перовскита.
В статье «Выявление квантовой эффективности внутренней люминесценции перовскитных пленок посредством точной количественной оценки рециклинга фотонов», опубликованной в журнале Matter, исследовательская группа показывает, как новый метод позволяет более точно определять квантовый выход фотолюминесценции в условиях солнечного облучения.
«Это зависит от рециркуляции фотонов, то есть от доли фотонов, выделяемых перовскитом, которые реабсорбируются в тонких слоях и снова переизлучаются», - пояснил ученый KIT Пол Фассл(Paul Fassl).
Исследователи применили свою модель к триодиду свинца метиламмония (CH3NH3PbI3), одному из перовскитов с самым высоким квантовым выходом фотолюминесценции. Ранее это значение составляло около 90%, но модельные расчеты, проведенные немецкими учеными, показали, что на самом деле это значение составляет около 78%.
По мнению ученых, предыдущие оценки не учитывали в достаточной степени эффект рассеивания света, и, следовательно, недооценивали вероятность того, что фотоны - кванты световой энергии - покидают слой до того, как реабсорбируются.
«Результаты показывают, что потенциал оптимизации этих материалов значительно выше, чем ранее предполагалось», - сказал Ульрих В. Паецольд, руководитель группы Advanced Optics and Materials for Next Generation Photovoltaics в Институте микроструктурных технологий (IMT) KIT.
Исследовательская группа предоставляет открытое приложение, с помощью которого квантовый выход фотолюминесценции различных перовскитных материалов можно рассчитать по их модели.