Les chercheurs utilisent des nanoparticules de silicium pour améliorer l'efficacité des cellules solaires

Anonim

Un groupe de recherche international a amélioré l'efficacité des cellules solaires à pérovskite en utilisant des matériaux ayant de meilleures propriétés d'absorption de la lumière. Pour la première fois, les chercheurs ont utilisé des nanoparticules de silicium. De telles nanoparticules peuvent piéger la lumière d'une large gamme de longueurs d'onde à proximité de la couche active de la cellule. Les particules elles-mêmes n'absorbent pas la lumière et n'interagissent pas avec les autres éléments de la batterie, conservant ainsi sa stabilité. La recherche a été publiée dans Advanced Optical Materials.

Les cellules solaires Perovskite sont devenues très populaires ces dernières années. Ce matériau hybride permet aux scientifiques de créer des cellules solaires peu coûteuses, efficaces et faciles à utiliser. Le seul problème est que l'épaisseur d'une couche de pérovskite ne doit pas dépasser plusieurs centaines de nanomètres, mais en même temps, la fine pérovskite absorbe moins de photons incidents.

Pour cette raison, les scientifiques ont dû trouver un moyen d'améliorer les propriétés de récolte de la lumière de la couche pérovskite absorbante sans en augmenter l'épaisseur. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé des nanoparticules de métal. De telles particules permettent une meilleure absorption de la lumière due à l'excitation des plasmons de surface, mais présentent des inconvénients importants. Par exemple, ils absorbent eux-mêmes de l'énergie, chauffant ainsi et endommageant la batterie. Des scientifiques de l'Université ITMO, en collaboration avec des collègues de l'Université d'État de Saint-Pétersbourg, en Italie et aux États-Unis, ont proposé d'utiliser des nanoparticules de silicium pour résoudre ces problèmes.

"Les particules diélectriques n'absorbent pas la lumière, elles ne chauffent donc pas. Elles sont chimiquement inertes et n'affectent pas la stabilité de la batterie. En plus d'être très résonnantes, ces particules peuvent absorber plus de lumière dans une large gamme de longueurs d'onde En raison des caractéristiques particulières de leur disposition, ils n'endommagent pas la structure des cellules, ce qui nous permet d'améliorer l'efficacité des cellules jusqu'à près de 19%. "déclare Aleksandra Furasova, étudiante de troisième cycle à la faculté de physique et d’ingénierie de l’ITMO.

Selon les scientifiques, il s'agit de la première recherche sur l'utilisation de nanoparticules de silicium pour améliorer les propriétés de récolte de la lumière dans la couche supérieure absorbante. Les nanoparticules de silicium ont déjà dépassé les nanoparticules plasmoniques. Les scientifiques espèrent qu'une étude plus approfondie de l'interaction entre les nanoparticules et la lumière, ainsi que leur application dans les cellules solaires à pérovskite, conduiront à de meilleurs résultats.

"Dans notre recherche, nous avons utilisé la perovskite MAPbI3, qui nous a permis d’étudier en détail comment les nanoparticules de silicium résonnantes affectent les cellules solaires de perovskites. Nous pouvons maintenant essayer d’utiliser ces particules pour d’autres types de pérovskites les nanoparticules elles-mêmes peuvent être modifiées pour améliorer leurs propriétés optiques et de transport. Il est important de noter que les nanoparticules de silicium sont très peu coûteuses et faciles à produire. Par conséquent, cette méthode peut être facilement intégrée dans le processus de production de cellules solaires. Sergey Makarov, chef du laboratoire de nanophotonique hybride et optoélectronique de l'ITMO.

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