Совместная исследовательская группа из Израиля и Гонконга предложила способ создания более эффективных солнечных элементов из нанокристаллов, которые отличаются друг от друга размерами и химией поверхности. Использование многообразия нанокристаллов с различными свойствами позволяет увеличить количество поглощенного света, в то время как использование различных лигандов снижает рекомбинацию образовавшихся пар электрон-дырка (экситонов) внутри структур. Это, в свою очередь, позволяет легче разделять свободные заряды, отводя их к электродам и генерируя электрический ток.

Хотя солнечный свет является перспективным альтернативным источником энергии, на данный момент доступные в коммерческих масштабах солнечные батареи отличаются недостаточной эффективностью преобразования фотонов в электрический ток. Таким образом, ученые по всему миру занимаются усовершенствованием существующих солнечных элементов для расширения их «рабочего спектра», повышения эффективности поглощения фотонов, а также снижения «паразитной» рекомбинации образованных в результате взаимодействия вещества с падающими фотонами пар электрон-дырка.

Один из значительных шагов в этом направлении совсем недавно сделала совместная группа ученых из Израиля и Гонконга.

В своей последней работе совместная группа ученых из Technion-Israel Institute of Technology (Израиль) и City University of Hong Kong (Гонконг) рассмотрела нанокристаллы селенида кадмия и теллурида кадмия. За счет размещения на поверхности этих нанокристаллов различных органических веществ, к примеру, тиогликолевой или меркаптопропионовой кислот, и связывания их в единую структуру при помощи специального агента, ученые создали конфигурацию, имеющую определенные энергетические уровни. Причем, расположение этих уровней способствовало диссоциации экситонов (связанных пар электрон-дырка, образовавшихся в результате взаимодействия вещества с фотонами света) на стыке материалов.

Стоит отметить, что это не первая работа группы ученых в области повышения эффективности солнечных элементов. Ранее ученые уже показали что того же эффекта можно добиться с использованием двух одинаковых нанокристаллов, смещая их энергетические уровни относительно состояния в вакууме с помощью специальных лигандов. При соединении таких нанокристаллов на их поверхности возникает поляризация, способствующая разделению связанных пар электронов и дырок, образованных при взаимодействии фотонов с веществом. Результаты, полученные в рамках той работы, были использованы и здесь.

Работая с описанной системой, исследователи подобрали размер нанокристаллов селенида кадмия таким образом, чтобы они поглощали фотоны в более широком диапазоне длин волн. К примеру, наиболее крупные кристаллы позволили охватить большую часть спектра излучения Солнца. Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Nano.

Ученые надеются, что их исследования помогут развитию этого направления, в особенности, повышению интереса к гибридным органическим / неорганическим структурам, которые могли бы использоваться в солнечных элементах. Это, по их мнению, в будущем может привести к дальнейшему повышению эффективности работы солнечных батарей.