VU fizikai paaiškino didelį perovskitinių saulės elementų efektyvumą

Vilniaus universiteto (VU) fizikai kartu su kolegomis iš Vokietijos ir Prancūzijos nuodugniai ištyrė metaliamonio švino halogenidų dielektrinį atsaką plačiame temperatūrų ir dažnių intervale.

Šiems darbams buvo pasitelktos unikalios eksperimentinės metodikos, kuriomis garsėja Fizikos fakulteto Radiofizikos katedros Mikrobangės spektroskopijos laboratorijos mokslininkai.

Vienas iš esminių veiksnių, nulemiančių saulės elementų efektyvumą, yra krūvininkų gyvavimo trukmė. Daugiausia komercinių saulės elementų yra pagaminta amorfinio silicio pagrindu – tai puikiai įsisavinta, pigi gamybos technologija, tačiau tokių saulės elementų efektyvumas nėra didelis. Kur kas didesnį efektyvumą galima pasiekti naudojant kristalinį silicį, tačiau monokristalų gamyba yra daug brangesnė.

Pastaraisiais metais daug dėmesio susilaukė sudėtingesnių struktūrų puslaidininkiai. Vieni iš jų – organiniai perovskitai. Tai tam tikros struktūros medžiagos, kurių bendroji formulė yra ABX3. Viena iš populiariausių medžiagų – metilamonio švino halogenidai. A padėtį perovskito struktūroje užima organinė metilamonio molekulė, oktaedro karkasas X6 gali būti sudarytas iš chloro, jodo arba bromo, o oktaedro centrą (B padėtį) užima švino jonas.

Ilgą laiką nebuvo suprantama, kodėl organiniai perovskitai pasižymi tokiu dideliu efektyvumu. Viena hipotezė buvo siejama su savaiminės poliarizacijos egzistavimu medžiagoje: tai reiškia, kad pačioje medžiagoje atsiranda pastovus elektrinis laukas, kurį kuria tam tikri atomų poslinkiai iš centrosimetrinių padėčių. Šio lauko kryptį turėtų būti galima valdyti išoriniu elektriniu lauku (tai feroelektrinis reiškinys, kuris yra elektrinis analogas feromagnetiniam reiškiniui). Buvo galvota, kad šis laukas padeda sugeneruotiems krūvininkams nukeliauti didesnį atstumą (kitaip tariant, padidina krūvininkų judrį).Organinių perovskitų saulės elementų efektyvumas siekia iki 25 proc. Nors organinių perovskitų kristalinė struktūra yra kur kas sudėtingesnė nei plačiai taikomų vienanarių ar dvinarių puslaidininkių, jų sintetinimas nėra brangus ir sudėtingas. Tai daro šias medžiagas itin patrauklias saulės energetikai.

Aukšto efektyvumo priežastis yra didelė dielektrinė skvarba plačiame dažnių intervale. Organinių perovskitų dielektrinė skvarba yra tris kartus didesnė nei kristalinio silicio. Dėl šių unikalių savybių vyksta krūvininkų ekranavimas, dėl kurio smarkiai išauga krūvininkų gyvavimo trukmė. Be to, medžiagoje susidarę eksitonai lengvai skyla kambario temperatūroje, todėl sumažėja tiesioginės rekombinacijos tikimybė. Krūvininkai gali difunduoti didelius atstumus, o tai ir nulemia didelį efektyvumą. VU mokslininkų su kolegomis atlikti tyrimai parodė, kad savaiminės poliarizacijos negalima valdyti išoriniu lauku. Iš temperatūrinių dielektrinės skvarbos priklausomybių nustatyta, kad šios medžiagos nėra feroelektrikai, todėl ir savaiminė poliarizacija negali būti didelio efektyvumo priežastimi.

Didelė dielektrinė skvarba metilamonio švino halogeniduose yra susijusi su faziniais virsmais (fazinis virsmas – medžiagos transformacija į žemesnės simetrijos būseną dėl tam tikro nestabilumo kristalinėje gardelėje). Iš atliktų tyrimų buvo galutinai nustatyta, kad visose tirtose kompozicijose faziniai virsmai yra susiję su metilamonio molekulės susitvarkymu, o tai nulemia didelę dielektrinę skvarbą net ir subteraherciniuose dažniuose.

Aptartieji rezultatai buvo publikuoti prestižiniame žurnale „Advanced Energy Materials“. Didelė dalis eksperimentų buvo atlikti Fizikos fakulteto Radiofizikos katedros jaunųjų mokslininkų, vadovaujamų prof. Jūro Banio. Ženkliai prie eksperimentų prisidėjo doktorantas Sergejus Balčiūnas ir kiti laboratorijos darbuotojai: Maksim Ivanov, Šarūnas Svirskas. Dr. Vytautas Samulionis ir doktorantas Jaroslavas Belovickis pirmąkart atliko šių kristalų ultragarsinius tyrimus. Radiofizikos katedroje organinių perovskitų tyrimai yra nauja tema, tačiau į ją aktyviai įsitraukę jaunieji mokslininkai jau pasiekė svarbių rezultatų.

• Priimtas sprendimas užblokuoti 3 interneto svetainių kopijas.
• Ryšių reguliavimo tarnyba dereguliavo transliacijų rinkas.
• Naujos transporto rūšys – viešajam transportui populiarinti.
• Energiškai efektyvūs pastatai – teorija ir realybė.
• Briuselio kopūstai, Frankfurto dešrelės, Kyjivo kotletas: sąsaja su miestais?
• „Telia“: „Bitė“ nebūtų pajėgi užtikrinti NATO renginiui Vilniuje reikalavimų.
• Kepkit ant žarijų ir neišlaidaukit – kiek mėsos reikia griliaus vakarėliui.
• Anonsas: Vinilo plokštelių kolekcionavimas.
• Vokietijos naudotų automobilių paradoksas: automobiliai importuojami pardavimui.
• Apsaugokite savo duomenis beveik nieko nedarydami – jums padės vienas būdas.
• „Ignitis“ pataria, kurį su birža susietą planą pasirinkti: keli skirtumai.
• Šių laikų auksas – litis ir kobaltas: ką svarbu žinoti apie šiuos metalus.
• Dietai – ne! 3 nepadoriai gardūs, bet nebrangūs desertai.
• „Ignitis“ vienašališkai sumažins elektros tarifus gyventojams.
• Gaminame grenadierius: 3 paprasti triukai, kad bet kurią žuvį pamėgtų net vaikai.
• Tradicinis grilintojo portretas: šašlykinė, kepimui - kiauliena ir vištiena.
• Šventiniai pusryčiai mamai: 3 receptai, prie kurių ruošimo prisidės ir mažieji.
• „Twitter“ pristatė naują turinio apmokestinimo tvarką: kūrėjai galės užsidirbti.
• Netikėta taršos sinergija – aerozolio dalelės ir mikroplastikas.
• Gegužės sezono hitai: dabar – pats metas mėgautis šiomis 5 daržovėmis.
• EIMIN: „Nuo liepos centralizuotas IT paslaugas gaus 136 valstybės institucijos“.
• Netolima ateitis: nauji telefonai salonuose iš 100 proc. panaudotų detalių.
• Lietuvos parduotuvėse atsirado „supermaistu“ vadinamų lokvų. Kaip valgyti?
• Pataria, kaip nepakenkti santykiams su vaiku ribojant jo laiką internete.
• „Realco“: balandį parduotas 191 būstas, dauguma – pastatytuose projektuose.
• Populiarios Graikijos salos: kaip išsirinkti tinkamiausią savo atostogoms.
• Nauja EIMIN viceministre taps Erika Kuročkina.
• Gegužės viduryje Lietuvą pasieks per 500 mln. „Naujos kartos Lietuva“ plano lėšų.
• Ką daryti, kad mūsų imunitetas būtų stipresnis?
• Valstybės tarnybos pertvarka – finišo tiesiojoje.
• Piknikų sezonas prasidėjo: 5 patarimai, kaip paprastai pasiruošti iškylai.
• Naktį kamuoja kvėpavimo sutrikimai? Gydytoja turi ir įspėjimų, ir patarimų.
• Startavo kvietimas gyventojams saulės elektrinių įsirengimui.
• Plieniniai žirgai vėl keliuose: kas pakiša koją motociklininkų saugumui.
• Norite pasirinkti su birža susietą planą? „Ignitis“ atsako į klausimus.
• Trys konkretūs žingsniai, padėsiantys prisivilioti IT profesijos specialistus.
• Sakartvelas – įspūdžių gausa, išskirtiniai patiekalai ir prieinamos kainos.
• Bronis Ropė: „Neleisiu, kad nevykę valdžios sprendimai nušluotų pieno sektorių“.
• Elektronikos ir baterijų atliekos neturėtų būti išmetamos kartu su kitomis.
• Tyrimas: kokios spalvos automobiliai Lietuvoje parduodami greičiausiai?

Šio sąrašo naujienos detaliau

Daugiau ankstesnių naujienų:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  131  132  133  134  135  136  137  138  139  140