Полусферическая конструкция перовскитного солнечного элемента снижает чувствительность к углу падения солнечных лучей

Китайские исследователи разработали полусферический перовскитный солнечный элемент с текстурированной поверхностью для улучшения поглощения света и снижения чувствительности к углу падения солнечных лучей. Моделирование показало, что поглощение превышает 95 %, а средняя максимальная выходная мощность составляет 28,25 мВт/см² при углах падения от 0° до 50°.

Исследовательская группа из Китая предложила полусферический перовскитный солнечный элемент с текстурированной поверхностью, которая снижает чувствительность к углу падения солнечных лучей. Полусферическая форма предназначена для радиального сбора заряда, а текстурированная поверхность рассеивает падающий свет в разных направлениях, что улучшает поглощение и способствует более равномерной генерации заряда.

«Перовскитные солнечные элементы вызвали большой исследовательский интерес как перспективный кандидат для фотоэлектрических технологий следующего поколения, предлагающий высокую эффективность преобразования энергии и низкую стоимость производства», — заявили исследователи. «Однако практическая эффективность обычных плоских перовскитных элементов сильно снижается из-за оптических потерь при различных углах падения солнечных лучей, что приводит к значительным колебаниям мощности и снижает их пригодность для производства возобновляемой энергии».

Чтобы оценить конструкцию, исследователи смоделировали пять типов ячеек: плоские, в виде нанопроволоки, гладкие полусферические и полусферические с закругленными или текстурированными закругленными передними поверхностями. Каждое устройство состояло из электрода из оксида индия и олова (ITO), слоя переноса электронов из метилового эфира фенил-C61-масляной кислоты (PCBM), перовскитного поглотителя из йодида метиламмония (CH₃NH₃PbI₃), слоя переноса дырок из оксида никеля (NiO) и заднего электрода из серебра (Ag).

Исследователи использовали программное обеспечение Lumerical для моделирования пяти архитектур, анализируя поглощение света, рассеяние, электромагнитные поля и генерацию заряда в диапазоне длин волн от 300 до 800 нм и углов падения от 0° до 50°. Затем они использовали полученные профили генерации заряда для электрического моделирования, учитывающего перенос и рекомбинацию носителей заряда. Моделирование использовалось для расчета вольт-амперных характеристик, эффективности преобразования энергии и максимальной выходной мощности при различных углах освещения.

При углах падения от 0° до 50° текстурированная ячейка с закругленным конусом обеспечила среднюю плотность тока короткого замыкания 25,47 мА/см² по сравнению с 24,03 мА/см² для гладкой полусферической ячейки и 22,52 мА/см² для планарного устройства. Кроме того, средняя максимальная выходная мощность составила 28,25 мВт/см², а поглощение света превысило 95 %.

«Конструкция эффективно снижает зависимость характеристик устройства от угла падения света, решая критическую проблему зависимости выходной мощности от угла падения света», — заключили исследователи. «Трехмерная симметрия полусферы обеспечивает сбалансированный перенос носителей заряда, а резонансы Ми, возникающие в перовскитной оболочке, обеспечивают эффективное улавливание света».

Концепция солнечного элемента была представлена в исследовании «Устойчивые к изменению угла падения света фотоэлектрические элементы на основе резонанса Ми для стабильной выходной мощности перовскитных солнечных элементов», опубликованном в журнале Solar Energy. В исследовательскую группу вошли ученые из китайского Цзилиньского педагогического университета и Китайской академии наук.

Challenger EVG6-335 https://invertory.ru/product/akb-challenger-evg6-335/