Оксинитрид титана позволил получить перовскитные солнечные элементы с рекордной эффективностью
Австралийские ученые заменили в перовскитном солнечном элементе транспортный слой диоксида титана на слой оксинитрида титана. Благодаря этому концентрация носителей заряда в слое выросла на два порядка, фактор заполнения увеличился до 86 процентов, а эффективность солнечного элемента площадью в один сантиметр — до 23,33 процента. Для перовскитных солнечных элементов такой площади это рекорд. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Чтобы солнечный элемент эффективно работал, недостаточно обеспечить поглощение света и генерацию носителей заряда. Необходимо также быстро разделить заряды, не давая им рекомбинировать, и отправить электроны к аноду, а дырки к катоду. В перовскитных солнечных элементах для извлечения электронов чаще всего используют слой широкозонного полупроводника — диоксида титана TiO2. Во время работы солнечного элемента этот слой находится сверху от активного слоя, поэтому его делают прозрачным.
Обычно он состоит из двух частей: сначала наносят тонкий (компактный) слой диоксида титана, а поверх — более рыхлый и объемный мезопористый слой из наночастиц диоксида титана, который служит подложкой для активного перовскитного слоя. Однако свойства диоксида титана неоптимальны: подвижность электронов в этом материале ограничена, а иногда его частицы выступают как центры безызлучательной рекомбинации. Поэтому ученые постоянно ищут способы, которыми можно этот материал улучшить.
Неделю назад мы писали о работе корейских и швейцарских ученых, которые заменили наночастицы оксида титана в мезопористом слое на наночастицы оксида олова, чтобы замедлить безызлучательную рекомбинацию и извлекать электроны из активного слоя более эффективно. Химики под руководством Кайли Кэчпол (Kylie R. Catchpole) из Австралийского национального университета пошли другим путем. Мезопористый слой диоксида титана они оставили без изменений, а компактный слой они решили изготовить из окинитрида титана TiO