Красноярские учёные модифицировали перовскитный солнечный элемент с помощью фотонного кристалла и золотой нанорешётки. Это позволило повысить эффективность устройства на 35%. Результаты исследования опубликованы в журнале Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки.

Перовскитные солнечные элементы представляют собой одну из самых перспективных и быстро развивающихся технологий в области солнечной энергетики. Их название происходит от минерала перовскита (титанат кальция), который был впервые открыт в 1839 году на Урале. Как основу современных перовскитных солнечных элементов всё чаще используют металлоорганические соединения, основанные на йодиде метиламмония и йодиде свинца. Основным преимуществом перовскитных солнечных элементов является их высокая эффективность при сравнительно низкой стоимости производства. Эффективность этих элементов давно превысила 25%, что делает их конкурентоспособными с традиционными кремниевыми солнечными панелями. Кроме того, процесс их изготовления может быть более простым и дешёвым. Перовскиты можно наносить на поверхность с использованием простых методов, таких как сплошное осаждение из раствора.

Учёные Красноярского научного центра СО РАН оценили эффективность перовкситного солнечного элемента, модифицированного фотонным кристаллом и золотой нанорешёткой.

«Фотонными кристаллами называют среды, в которых показатель преломления изменяется в пространстве с периодом, сопоставимым с длиной волны света. В результате в спектральном составе прошедших через кристалл световых волн образуются пробелы, которые называют запрещёнными зонами. Их появление означает, что в этом спектральном диапазоне свет не может войти в фотонный кристалл или выйти из него. Фотонные кристаллы легли в основу нанофотонных устройств, таких как миниатюрные лазеры, фотодетекторы, сенсоры. Они также активно применяются и в солнечных элементах», — поясняет Дмитрий Пыхтин, инженер лаборатории фотоники молекулярных систем Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН.

Благодаря высокому коэффициенту отражения в пределах запрещённой зоны, почти 100% излучения, падающего на фотонный кристалл, отражается и проходит через слой перовскита повторно. Добавление золотой нанорешётки в структуру солнечного элемента позволяет возбудить особое состояние света, которое называется таммовский плазмон-поляритон.

«Таммовский плазмон-поляритон — это состояние света, локализованное на границе двух отражающих сред. В предложенном солнечном элементе в качестве зеркал выступают фотонный кристалл и решётка золотых нанополос. Параметры структуры были подобраны таким образом, чтобы всё падающее на него излучение поглощалось в фоточувствительном слое перовскита, что приводит к повышению эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую», — пояснил кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Рашид Бикбаев.

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».

Источник: КНЦ СО РАН.