Найден способ повысить эффективность солнечных батарей

20
октября
2023

Ученые НИЯУ МИФИ изучили особенности фотогенерации (образования подвижных электронов и дырок при поглощении квантов света) в органических полупроводниках и описали, как ее эффективность меняется от температуры. По их мнению, это поможет создавать более совершенные устройства органической фотовольтаики, в том числе, солнечные батареи. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале «The Journal of Physical Chemistry Letters».

Неупорядоченные органические полупроводники сегодня широко применяются в электронике в составе светодиодов. Ученые активно исследуют возможности их применения в тонкопленочных транзисторах, фотовольтаике, сенсорах и т. д. Преимущества неупорядоченных органических полупроводников перед другими материалами – гибкость, легкость, разнообразие свойств и возможность производства по дешевой массовой технологии.

В неупорядоченных органических полупроводниках, в связи с малой величиной диэлектрической проницаемости, поглощение фотона приводит к образованию пар, в которых электрон и дырка разделены в пространстве, но связаны кулоновским взаимодействием (т.н. "геминальные пары"). Вероятность полного разделения таких пар определяет эффективность фотогенерации свободных носителей заряда – электронов и дырок. Увеличение эффективности фотогенерации, в свою очередь, очень важно для развития устройств органической фотовольтаики, например, солнечных элементов.

Ученые НИЯУ МИФИ разработали аналитическую модель, которая объясняет слабую зависимость вероятности разделения геминальных пар от температуры, в согласии с экспериментом и данными моделирования Монте-Карло.

«Дело в том, что диффузия сильно неравновесных («горячих») носителей заряда аномально сильна и слабо зависит от температуры на начальном интервале времени после образования пары вследствие энергетического беспорядка. Нам удалось оценить ключевой параметр модели – начальное разделение пары – который зависит от свойств материала. Ранее ученые определяли его лишь методом подгонки под экспериментальные данные», - рассказал профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ, доктор физ.-мат. наук Владимир Никитенко.

По мнению исследователей, результаты работы помогут смоделировать фотогенерацию носителей заряда в органических полупроводниках, чтобы увеличить ее эффективность.

Работа поддержана грантом РНФ.

 

87