Перовскиты на основе галогенидов свинца — это материалы, которые в последнее время вызывают огромный интерес, поскольку солнечные элементы на основе этих полупроводников демонстрируют очень высокую эффективность преобразования и непревзойденное напряжение элемента более 1 В. Однако не совсем понятно, как они работают. Лучшее понимание механизмов их функционирования поможет улучшить их в будущем или даже открыть новые технологии с повышенной эффективностью.Группы Майкла Гратцеля и Жака Э. Мозера из EPFL, работающие с Институтом солнечного топлива в Берлине, использовали методы спектроскопии с временным разрешением, чтобы определить, как заряды движутся по поверхности перовскита.
Исследователи работали над различными архитектурами ячеек, используя либо полупроводниковый диоксид титана, либо изолирующие пленки триоксида алюминия. Обе пористые пленки были пропитаны перовскитом иодида свинца (CH3NH3PbI3) и органическим «материалом для переноса дырок», который помогает извлекать положительные заряды после поглощения света.
Методы с временным разрешением включали сверхбыструю лазерную спектроскопию и микроволновую фотопроводимость.Результаты показали две основные динамики. Во-первых, это разделение зарядов, поток электрических зарядов после того, как солнечный свет достигает перовскитового поглотителя света, происходит за счет переноса электронов на обоих переходах с диоксидом титана и материалом, переносящим дырки, в субпикосекундном масштабе времени.
Во-вторых, исследователи обнаружили, что рекомбинация заряда происходит значительно медленнее для пленок оксида титана, чем для пленок алюминия. Рекомбинация заряда — это вредный процесс, в результате которого преобразованная энергия превращается в тепло, что снижает общую эффективность солнечного элемента.
Авторы заявляют, что перовскиты галогенида свинца представляют собой уникальные полупроводниковые материалы в солнечных элементах, позволяющие сверхбыстрому переносить электроны и положительные заряды на двух переходах одновременно и достаточно эффективно переносить оба типа носителей заряда. Кроме того, их результаты показывают явное преимущество архитектуры, основанной на пленках диоксида титана и материалах, переносящих дырки.