Ученые Университета Падеборна в Германии использовали сложное компьютерное моделирование для разработки новой конструкции значительно более эффективных солнечных элементов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Эксперименты показали, что для повышения эффективности кремниевый солнечный элемент может снабжаться органическим слоем, изготовленным из полупроводникового тетрацена. Этот слой поглощает коротковолновый солнечный свет и преобразует его в электронные возбуждения, называемые экситонами. В свою очередь, экситоны распадаются на два низкоэнергетических возбуждения, которые нужно перенести в кремниевый элемент.
Переход может быть осуществлен за счет существования особых дефектов в виде ненасыщенных химических связей на границе между кремниевым элементом и тетраценовой пленкой. Такие дефекты возникают во время десорбции водорода и обычно связаны с потерями энергии. Однако ученые выяснили, что они вызывают флуктуации энергии, которые способны эффективно переносить электронные возбуждения.
Квазичастицы экситоны представляют собой связанную пару электрон-дырка. Они образуются, когда электрон в твердом веществе приобретает энергию (например, при поглощении энергии фотона) и переходит в зону проводимости внутри твердого вещества, оставляя за собой электронную дырку — квазичастицу, обладающую положительным зарядом. Из-за разных зарядов электрон притягивается к дырке, но при этом отталкивается электронами, сгруппировавшимися вокруг нее. Электронно-дырочная пара ведет себя подобно электрически нейтральной частице.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение