Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ve fotovoltaickém článku vznikají pohlcením světelné energie nosiče náboje, které pak vytvářejí samotný elektrický proud. Pro usnadnění tohoto procesu obsahuje většina solárních článků heteropřechod, který poskytuje podmínky k efektivnímu vedení opačných nábojů na různé konce materiálu. Křemíkové solární články vytvářejí heteropřechod dopováním každé strany zařízení typicky pomocí prvků z III. nebo VI. skupiny periodické tabulky, čímž vzniká p-n přechod. Také organické solární články využívají heteropřechod na principu různých materiálů, které fungují jako donor a akceptor. Yana Vaynzof a její kolegové z Technické univerzity v Drážďanech nyní navrhli jiný přístup, který vychází z toho, že řada materiálů může existovat v různých modifikacích („fázích“, ale to je trochu matoucí, protože fáze se někdy bere jako synonymum skupenství, zde jde stále o pevné látky). Heteropřechod je pak tedy rozhraním dvou různých modifikací téhož materiálu.
Halogenidový perovskit CsPbI3 (jodid cesno-olovnatý; perovskity obecně jsou látky se vzorcem analogickým „základnímu“ perovskitu CaTiO3) dokáže efektivně absorbovat sluneční energii; látka se přitom vyskytuje ve dvou formách, označovaných jako beta a gama. „Optické a elektrické vlastnosti jodidu cesno-olovnatého ve fázi beta a gama se navzájem liší. Umístěním perovskitu gama na perovskit beta se nám podařilo vyrobit solární článek s fázovým heteropřechodem, který je výrazně účinnější ve srovnání se solárními články, které jsou založeny na perovskitech s jedinou fází,“ uvádí Y. Vaynzof.
Už tenké vrstvy gama perovskitu vedly ke zlepšení výkonu díky pasivaci defektů na povrchu spodní vrstvy. Silnější vrstvy modifikace gama pak přinesly výrazné zlepšení všech výkonnostních parametrů článku, přičemž dále laděné zařízení dosáhlo účinnosti přeměny energie přes 20 %. Analýza pak vedla k závěru, že vytvořený heteropřechod znamená takové energetické uspořádání materiálu („energetickou krajinu“), které podporuje separaci vznikajících nosičů elektrického náboje – tedy stejně, jako to funguje u heteropřechodů jiného typu. Rozhraní mezi oběma fázemi zůstávalo během provozu článku stabilní.
Vzhledem k tomu, že mnoho polovodičů vykazuje polymorfismus (=existuje více modifikací), mohla by tato koncepce otevřít cestu ke zcela novým aplikacím fungujícím na bázi fázových heteropřechodů, které lze vytvořit z jediného materiálu pomocí jednoduchých a levných výrobních postupů. Na tomto principu nemusejí být postaveny jen solární články, ale i řada dalších elektronických a optoelektronických zařízení.
Ran Ji et al, Perovskite phase heterojunction solar cells, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-01154-y
Zdroj: Dresden University of Technology / TechXplore.com
