Um grupo internacional de cientistas, incluindo alguns da ITMO University, propôs um método que permite aumentar significativamente a eficiência de células solares e diodos emissores de luz. Os cientistas conseguiram esse resultado aumentando as camadas auxiliares dos dispositivos responsáveis ​​pelo transporte de elétrons, em vez de trabalhar com a camada ativa principal. O trabalho foi publicado na revista Materiais Funcionais Avançados .

A luta pela preservação do meio ambiente e as fortes oscilações nos preços do petróleo e do gás levam ao fato de os investidores buscarem cada vez mais as energias renováveis. É por isso que cientistas de diferentes países estão trabalhando ativamente para tornar o processo de geração de energia a partir de fontes renováveis ​​o mais eficiente possível. Por exemplo, trabalho está em andamento para aumentar a eficiência das células solares, uma das fontes de energia verde mais populares do mundo.

Tipicamente, os cientistas trabalham com a camada ativa das células, que é responsável por absorver a energia luminosa - eles são feitos de silício, arsenieto de gálio, perovskite e outros materiais. Mas a eficiência, O custo e a durabilidade de uma célula solar dependem não apenas da camada ativa, mas também das auxiliares. Aumentar sua eficiência e, ao mesmo tempo, diminuir os custos de produção pode nos permitir aumentar as vantagens competitivas de um dispositivo.

As camadas auxiliares de uma célula solar podem ser do tipo transporte de elétrons ou transporte de buraco. Quando a luz do sol atinge a camada ativa, pares de elétrons e buracos de elétrons, em outras palavras, uma carga negativa e uma positiva, são formados nele. Depois disso, eles precisam ser levados aos seus eletrodos correspondentes. E é aí que entram as camadas auxiliares:a de transporte de elétrons é responsável por extrair e transferir a carga negativa da camada ativa, enquanto a camada de transporte de furo realiza as mesmas operações com a camada positiva. Um grupo internacional de cientistas, incluindo os da ITMO University, propôs um novo método para a criação de camadas auxiliares para células solares e diodos emissores de luz à base de perovskita. Eles usaram pontos de carbono - um material ecologicamente correto e relativamente barato que pode ser facilmente obtido tanto em laboratório quanto em condições industriais.

"Os pontos de carbono são nanopartículas à base de carbono com um diâmetro de dois a dez nanômetros, "explica Aleksandr Litvin, pesquisador associado sênior da ITMO University e co-autor da pesquisa. "Sua superfície sempre contém vários grupos funcionais que determinam em grande parte as propriedades deste material. A aplicação de pontos de carbono em baterias solares não é algo novo, o importante é a modificação de sua superfície por meio do trabalho com os grupos funcionais. Uma proporção diferente desses grupos na superfície determina a configuração eletrônica dos pontos de carbono. Consequentemente, personalizar isso nos permite obter os valores ideais das funções de trabalho dos eletrodos e os níveis de energia das camadas de transporte nas quais eles são aplicados. Isso possibilita obter a configuração ideal com a máxima eficiência. Esta abordagem é universal para diferentes tipos de dispositivos, que pela primeira vez permitiu o uso de pontos de carbono para aumentar a eficiência operacional de diodos emissores de luz. "

Obtido desta forma, o material pode ser usado não apenas para células solares, mas também como camadas auxiliares de diodos emissores de luz. O último tem uma estrutura bastante semelhante, mas o processo lá é inverso:elétrons e buracos não precisam ser removidos da camada ativa, mas, em vez de, injetado nele a fim de criar pares de elétron-buraco cuja recombinação na camada ativa irá garantir a luminescência. Em ambos os casos, colegas internacionais de cientistas da ITMO University obtiveram um aumento significativo na eficiência dos dispositivos criados com o uso de camadas auxiliares feitas de pontos de carbono.

"Dispositivos foram criados, e suas propriedades foram testadas, "conclui Aleksandr Litvin." No caso de células solares baseadas em perovskita, conseguimos obter um aumento de eficiência de 17,3% para 19,5%, isso é, em quase 13%. No caso de diodos emissores de luz, dependendo do material da camada de emissão, a eficiência quântica externa (a razão entre o número de fótons emitidos por um LED e o número de elétrons injetados nele) aumentou 2,1-2,7 vezes. "