Солнечные батареи из нанокристаллов

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Солнечные батареи из нанокристалловКак известно, при поглощении падающего фотона материалом обычной солнечной батареи один электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости, а избыточная энергия кванта света передается атомам кристаллической решетки. С увеличением числа высвобождаемых электронов в пересчете на один фотон (умножением носителей заряда) КПД солнечной батареи, очевидно, возрастает.

Активные поиски материалов, демонстрирующих эффект умножения носителей, увенчались успехом: в 2004 году Ричард Шаллер (Richard Schaller) и Виктор Климов из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) сообщили об экспериментальном наблюдении указанного явления в кристаллах селенида свинца нанометровых размеров (при поглощении фотона создавались две элекронно-дырочные пары). В дальнейшем измерения ученых неоднократно воспроизводились различными исследовательскими группами. Тем не менее в последнее время результаты, полученные американскими учеными, многими ставились под сомнение: новые опытные данные зачастую расходились с выкладками Климова и Шаллера.

Задавшись целью объяснить эти несоответствия, ученые из Лос-Аламоса решили проанализировать возможные причины их появления: различия между образцами и технологиями детектирования, а также эффекты, способные «имитировать» процесс умножения носителей. Первые две причины были быстро исключены из рассмотрения как маловероятные: исследования нескольких кристаллов с помощью двух методик спектроскопии с временным разрешением, проведенные Джоном Макгвайром (John McGuire), показали прекрасную сходимость результатов.

Проверка третьего варианта — возникновения побочных эффектов — заняла значительно больше времени; максимальное внимание исследователи уделили процессу фотоионизации нанокристаллов. «При поглощении фотона нанокристаллом электрону может быть передана такая энергия, что он покинет пределы образца, — объясняет г-н Климов. — В этом случае мы имеем положительно заряженный кристалл с одной дыркой. Попадание другого фотона приводит к образованию электронно-дырочной пары; в итоге получаем две дырки и один электрон, а такое состояние может быть ошибочно принято за результат действия процесса умножения носителей заряда».

Для оценки влияния фотоионизации ученые провели сравнительное исследование растворов нанокристаллов, один из которых находился в покое, а другой перемешивался. Процесс перемешивания исключает возможность попадания второго фотона на заряженный кристалл (такие кристаллы просто уходят из той области образца, которая исследуется в данный момент и на которую воздействует излучение). Некоторые образцы показали идентичные результаты при разных условиях измерения, однако во многих случаях были отмечены значительные расхождения в оценке влияния умножения носителей. Поскольку большая часть предыдущих исследований проводилась без перемешивания раствора, ученые сделали вполне обоснованный вывод: противоречия в результатах экспериментов можно — пусть и не полностью — объяснить фотоионизацией кристаллов.

Необходимо отметить, что результаты измерения эффективности умножения носителей при искусственном подавлении фотоионизации оказались весьма обнадеживающими: по КПД солнечные батареи на основе нанокристаллов потенциально превосходят все современные аналоги. «У нас, однако же, осталась еще масса нерешенных проблем, — предостерегает Виктор Климов. — К примеру, необходимо понять, как приблизить энергетические затраты на образование дополнительного электрона к теоретическому пределу, определяемому шириной запрещенной зоны полупроводника. Если нам удастся решить этот вопрос, КПД солнечных батарей может превысить сорок процентов».

Источник: http://science.compulenta.ru

Rambler's Top100
Casino Bonus at bet365 uk