Een internationale onderzoeksgroep heeft de efficiëntie van perovskietzonnecellen verbeterd door materialen te gebruiken met betere lichtabsorptie-eigenschappen. Voor de eerste keer, de onderzoekers gebruikten silicium nanodeeltjes. Dergelijke nanodeeltjes kunnen licht van een breed scala aan golflengten in de buurt van de actieve cellaag vangen. De deeltjes zelf absorberen geen licht en hebben geen interactie met andere elementen van de batterij, waardoor de stabiliteit behouden blijft. Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde optische materialen .

Perovskiet-zonnecellen zijn de laatste jaren erg populair geworden. Met dit hybride materiaal kunnen wetenschappers goedkope, efficiënt, en gebruiksvriendelijke zonnecellen. Het enige probleem is dat de dikte van een perovskietlaag niet groter mag zijn dan enkele honderden nanometers, maar op het zelfde moment, dunne perovskiet absorbeert minder invallende fotonen.

Om deze reden, wetenschappers moesten een manier vinden om de licht-oogst-eigenschappen van de absorberende perovskietlaag te verbeteren zonder de dikte ervan te vergroten. Om dit te doen, de wetenschappers gebruikten metalen nanodeeltjes. Dergelijke deeltjes zorgen voor een betere lichtabsorptie door oppervlakteplasmonexcitatie, maar hebben grote nadelen. Bijvoorbeeld, ze absorberen zelf wat energie, dus opwarmen en de batterij beschadigen. Wetenschappers van de ITMO University, in samenwerking met collega's van de St. Petersburg State University, Italië en de VS, voorgesteld om silicium nanodeeltjes te gebruiken om deze problemen op te lossen.

"Diëlektrische deeltjes absorberen geen licht, zodat ze niet warm worden. Ze zijn chemisch inert en hebben geen invloed op de stabiliteit van de batterij. Daarnaast, zeer resonerend zijn, dergelijke deeltjes kunnen meer licht van een breed scala aan golflengten absorberen. Door speciale lay-outkenmerken, ze beschadigen de structuur van de cellen niet. Dankzij deze voordelen konden we de efficiëntie van de cellen verhogen tot bijna 19 procent. Tot dusver, dit is het bekendste resultaat voor dit specifieke perovskietmateriaal met ingebouwde nanodeeltjes, " zegt Aleksandra Furasova, een postdoctorale student aan de faculteit Natuurkunde en Engineering van ITMO.

Volgens de wetenschappers dit is het eerste onderzoek naar het gebruik van silicium nanodeeltjes voor het verbeteren van de lichtopbrengst van de absorberende bovenlaag. Silicium nanodeeltjes hebben de plasmonische al overtroffen. De wetenschappers hopen dat een diepere studie van de interactie tussen nanodeeltjes en licht, evenals hun toepassing in perovskiet-zonnecellen zullen tot nog betere resultaten leiden.

"Bij ons onderzoek we gebruikten MAPbI3 perovskiet, waardoor we in detail konden bestuderen hoe resonante silicium nanodeeltjes perovskieten zonnecellen beïnvloeden. Nu kunnen we verder proberen om dergelijke deeltjes te gebruiken voor andere soorten perovskieten met verhoogde efficiëntie en stabiliteit. Afgezien daarvan, de nanodeeltjes zelf kunnen worden aangepast om hun optische en transporteigenschappen te verbeteren. Het is belangrijk op te merken dat silicium nanodeeltjes erg goedkoop en gemakkelijk te produceren zijn. Daarom, deze methode kan gemakkelijk worden opgenomen in het proces van de productie van zonnecellen, " merkte Sergey Makarov op, hoofd van ITMO's laboratorium voor hybride nanofotonica en opto-elektronica.