未来太阳能电池的高效材料 - 确定光致发光量子效率的新模型

时间：2021-06-08 15:22:04 来源：

钙钛矿半导体被认为是下一代太阳能电池的有前途的材料。所谓的光致发光量子效率反映了半导体对光伏的适用性。卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究人员现已开发出一种模型，通过该模型可以首次准确确定钙钛矿薄膜的光致发光量子效率。

光伏为可持续能源供应做出了决定性的贡献。太阳能电池直接将光能转化为电能的效率取决于所使用的材料。金属卤化物钙钛矿被认为是非常有前途的下一代太阳能电池材料。这些半导体以其特殊的晶体结构命名，在过去几年中实现了效率的显着提高。同时，钙钛矿太阳能电池的效率高达25.5%，与目前主导市场的硅太阳能电池非常接近。此外，钙钛矿太阳能电池所需的材料相当丰富。太阳能电池可以容易地以低成本生产并且它们可以用于各种应用。

为了接近这个值，钙钛矿半导体的光电质量必须进一步提高。原则上，适用于光伏的材料不仅要吸收光，还要有效地发射光。这个过程被称为光致发光。相应的参数，即光致发光量子效率，非常适合确定钙钛矿半导体的质量。与海德堡大学先进材料中心 (CAM) 和德累斯顿工业大学的科学家一起，KIT 微结构技术研究所 (IMT) 和光技术研究所 (LTI) 的研究人员现在开发了一个模型，通过该模型，光致发光钙钛矿薄膜的量子效率首次得到可靠、准确的测定。他们的结果报告在事。

材料具有比假设更大的优化潜力

“借助我们的模型，可以更精确地确定太阳照射下的光致发光量子效率，”来自 IMT 的 Paul Fassl 博士说。“光子回收非常重要。这是钙钛矿发射的光子的份额，它在薄膜中被重新吸收和重新发射。”研究人员将他们的模型应用于甲基铵三碘化铅 (CH3NH3PbI3)，这是一种具有最高光致发光量子效率的钙钛矿。到目前为止，估计达到了90%左右。然而，模型计算显示它约为 78%。科学家们解释说，之前的估计没有充分考虑光散射的影响，因此低估了光子(光能的量子)在被重新吸收之前离开薄膜的可能性。“我们的结果表明，这些材料的优化潜力远高于假设，”IMT 下一代光伏组高级光学和材料负责人 Ulrich W. Paetzold 博士说。该团队提供了基于该模型的开源应用程序，通过该应用程序可以计算各种钙钛矿材料的光致发光量子效率。

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