JAV kuria naują kvantinę fotovoltinę medžiagą, kurios vidutinis fotovoltinės sugerties koeficientas yra 80 procentų

Remiantis užsienio žiniasklaidos pranešimais, Jungtinių Valstijų Lehigh universiteto (Lehigh universiteto) mokslininkai neseniai paskelbtoje tyrimo ataskaitoje teigė, kad jie sukūrė naują plonasluoksnę fotovoltinę elementą sugeriančią medžiagą, tariamai vidutinis šios medžiagos fotovoltinės sugerties koeficientas yra 80 proc. išorinis kvantinis efektyvumas (EQE) 190%.

Išorinis kvantinis efektyvumas (EQE) yra PV elemento surinktų elektronų ir krintančių fotonų skaičiaus santykis. Tai apibrėžia PV elemento gebėjimą paversti fotonus į elektros srovę. Chinedu Ekuma, vienas iš pagrindinių tyrimo autorių, pareiškime teigė: „Įprastiniuose fotovoltiniuose elementuose didžiausias išorinis kvantinis efektyvumas (EQE yra 100 proc., o tai reiškia vieno elektrono susidarymą ir surinkimą kiekvienam fotonui, sugertam iš saulės šviesos). “.

Žurnale „Science Advances“ publikuotame dokumente „Chemiškai suderintos atominio storio CuxGeSe / SnS kvantinių medžiagų tarpinės juostos būsenos fotovoltinėms reikmėms“ tyrėjai aiškina, kad naujoji kvantinė medžiaga gali būti ideali tarpinės juostos fotovoltinių elementų (IBSC) atitikmuo. .

Tokie fotovoltiniai elementai gali viršyti Shockley-Quayser ribą (SQ ribą) – didžiausią teorinį efektyvumą, kurį gali pasiekti fotovoltinis elementas su viena pn sandūra. Jis apskaičiuojamas tiriant elektros energijos kiekį, išgautą iš kiekvieno krintančio fotono.

Tyrėjai aiškina: „Spartų šios medžiagos efektyvumo padidėjimą daugiausia lemia jos unikalios „tarpinės juostos būsenos“, specifiniai energijos lygiai, esantys medžiagos elektroninėje struktūroje, todėl jie idealiai tinka fotovoltinei transformacijai. Šių būsenų energijos lygiai yra ribose. optimalus tarpjuostos tarpas – energijos diapazonas, kuriame medžiaga gali efektyviai sugerti saulės šviesą ir generuoti krūvininkus.

Naujoji medžiaga yra dvimatė van der Waals (vdW) medžiaga, tai reiškia, kad ji turi kristalinę plokštuminę struktūrą, kurią kartu laiko joninės jungtys. Jį sudaro germanio (Ge), seleno (Se) ir alavo sulfido (Sns) heterostruktūra su nulinio valentingumo vario (Cu) atomais, įterptais į medžiagos sluoksnius.

CuxGeSe/SnS kvantinės medžiagos energijos juostos tarpas yra tarp 0,78 eV ir 1,26 eV. Pasinaudodami tuo, mokslininkai sukūrė ir modeliavo plonasluoksnį fotovoltinį elementą, naudodami medžiagą kaip aktyvųjį sluoksnį.

Šiame modeliavime PV elementas naudoja indžio alavo oksido (ITO) substratą, cinko oksido (ZnO) pagrindu pagamintą elektronų transportavimo sluoksnį (ETL), CuxGeSe / SnS sugeriantį sluoksnį ir auksinius (Au) kontaktus. Jaunesnysis tyrinėtojas pažymėjo: „Mūsų projekte GeSe ir SnS atominio lygio storiai yra sukrauti vertikaliai, o tai padeda lengvai integruoti hibridinę struktūrą per van der Waals sąveiką.

Modeliavimo rezultatai rodo, kad šio PV elemento išorinis kvantinis efektyvumas (EQE) yra 110% ~ 190%. Mokslininkai taip pat nustatė, kad fotovoltinės elemento optinis aktyvumas padidėjo bangos ilgių diapazone nuo 600 nm iki 1200 nm, matuojant absorberio storį.

Savo darbe tyrėjai padarė išvadą: "Greita reakcija ir padidėjęs šios medžiagos efektyvumas aiškiai rodo, kad vario įterptas GeSe / SnS kaip kvantinė medžiaga pažangioms fotovoltinėms reikmėms yra naujas būdas pagerinti fotovoltinės konversijos efektyvumą. “

Žvelgdami į ateitį, mokslininkai teigia, kad jiems reikia atlikti naujus tyrimus, kad nustatytų praktinį būdą, kaip įterpti šią naują medžiagą į PV elementus. Tačiau jie taip pat pažymi, kad eksperimentiniai metodai, naudojami šioms medžiagoms gaminti, jau yra labai pažengę.