2020-03-26 23:45:01
基于碳点的新方法可提高太阳能电池和LED的效率

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一个国际科学家小组,包括来自ITMO大学的一些科学家,提出了一种可以显着提高太阳能电池和发光二极管效率的方法。科学家设法通过增加负责电子传输的设备的辅助层而不是与主有源层一起工作来实现这一结果。该工作已发表在《高级功能材料》杂志上。

为保护环境而进行的斗争以及石油和天然气价格的急剧波动导致投资者越来越多地寻求可再生能源这一事实。这就是为什么不同国家的科学家积极致力于使可再生能源生产过程尽可能高效的原因。例如,目前正在进行提高太阳能电池效率的工作,太阳能电池是世界上最受欢迎的绿色能源之一。

通常,科学家使用负责吸收光能的细胞活性层工作,它们是由硅,砷化镓,钙钛矿和其他材料制成的。但是太阳能电池的效率,成本和耐久性不仅取决于有源层,而且还取决于辅助层。在提高效率的同时降低生产成本可以使我们增强设备的竞争优势。

太阳能电池的辅助层可以是电子传输或空穴传输类型的。当阳光到达活性层时,在其中形成成对的电子和电子空穴,即负电荷和正电荷。之后,需要将它们带到其相应的电极上。这就是辅助层进入的地方:电子传输层负责从有源层中提取和传输负电荷,而空穴传输层执行与正层相同的操作。一个国际科学家小组,包括来自ITMO大学的科学家,提出了一种新方法,用于创建基于钙钛矿的太阳能电池和发光二极管辅助层。他们使用了碳点,这是一种环保且相对便宜的材料,可以在实验室和工业条件下轻松获得。

“碳点是直径为2到10纳米的碳基纳米颗粒,” ITMO大学高级研究助理,该研究的合著者Aleksandr Litvin解释说。 “它们的表面总是含有各种官能团,这些官能团在很大程度上决定了这种材料的性能。碳点在太阳能电池中的应用并不是什么新鲜事物,重要的是通过与官能团的作用来修饰其表面。这些基团在表面上的比率决定了碳点的电子构型,因此,进行定制可以使我们获得电极的功函数和施加其的传输层的能级的最佳值。这种方法对于不同类型的设备是通用的,这首次允许使用碳点来提高发光二极管的工作效率。”

以这种方式获得的材料不仅可以用于太阳能电池,而且可以用于发光二极管的辅助层。后者具有大致相似的结构,但过程相反:不必从有源层中除去电子和空穴,而是注入其中以产生电子-空穴对,在电子-空穴对中重组活性层将确保发光。在这两种情况下,ITMO大学科学家的国际同事都大大提高了使用由碳点制成的辅助层制成的设备的效率。

Aleksandr Litvin总结说:“已经创建了设备,并测试了它们的属性。” “在钙钛矿基太阳能电池的情况下,我们设法将效率从17.3%提高到了19.5%,即几乎提高了13%。在发光二极管的情况下,取决于发射材料在第二层中,外部量子效率(LED发出的光子数与注入其中的电子数之比)增加了2.1-2.7倍。”

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