Российские ученые создали бифункциональный солнечный элемент
Группа ученых из НИТУ «МИСиС» и Университета ИТМО сконструировали экспериментальный прототип тонкопленочного устройства на основе галогенидного перовскита.
Он способен работать как в качестве солнечной батареи, так и светодиода. В перспективе такие элементы — «хамелеоны» могут стать основой автономных городских LED-экранов. Результаты опубликованы в международном научном журнале Applied Surface Science.
Перовскит – новый гибридный полупроводник, используемый для создания высокоэффективных солнечных элементов и светодиодов. За 10 лет он произвел прорыв в фотовольтаике. За небольшой отрезок времени КПД перовскитных солнечных элементов вырос с 3 до 24% благодаря относительной простоте их синтеза и массе привлекательных оптических и электрических свойств. На сегодняшний день перовскит является самым перспективным материалом для создания дешевых и высокоэффективных оптоэлектронных и фотовольтаических устройств.
Потенциал его применения распространяется не только на солнечные элементы, но и на светодиоды, микролазеры, фотодетекторы за счет широкого диапазона оптоэлектронных свойств.
Перовскитные светодиоды способны генерировать свет высокой интенсивности в видимой для человеческого глаза части спектра, и на сегодняшний день их КПД достиг 20%. При этом перовскиты имеют низкую себестоимость производства, благодаря чему их считают будущим материалом для нового поколения дисплеев. Благодаря необычным полупроводниковым свойствам и низким затратам на его производство, он весьма интересен для промышленности.
Но можно ли совместить две функции в одном устройстве?
Группа молодых ученых-физиков из Университета ИТМО и НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова в ходе работ по созданию широкоформатных перовскитных фотоэлементов получила лабораторный прототип устройства с двойной функциональностью.
Перовскиты, в отличие от других хорошо известных полупроводниковых материалов, демонстрируют так называемую ионную миграцию, которая проявляется под действием внешнего светового облучения или приложения электрического поля. Эффекты ионной миграции и сегрегации являются проблемой в перовскитных устройствах, но именно они позволили исследовательской группе продемонстрировать первый прецедент объединения противоположных по назначению устройств – солнечного элемента и светодиода.
«Мы получили режимы работы устройств, при которых малое напряжение тока (до 1.0 V), поданное на перовскитный фотоэлемент, позволяет ему функционировать как солнечный элемент, а большое напряжение (от 2.0 V) переводит в состояние светодиода, то есть, светоизлучающего элемента. Таким образом, одно и то же устройство в разных условиях может генерировать мощность для накапливания на аккумуляторе, а потом отдавать ее, как лампочка», – рассказал один из соавторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории Advanced Solar Energy НИТУ «МИСиС» Данила Саранин.
«Лабораторные образцы, полученные в ходе исследований, демонстрируют принципиальную возможность создания дешевых и высокоэффективных бифункциональных светоизлучающих солнечных элементов на основе перовскита. В перспективе подобные перовскитные устройства будут служить основой, например, для автономных и экономичных систем освещения, рекламно-информационных LED-экранов, вывесок и других конструкций. Днем они будут заряжаться от солнечного света, а в темное время суток – давать изображение и свет ярких и чистых цветов», – добавляет первый автор исследования, сотрудник лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Дмитрий Гец.
НИТУ «МИСиС» в 2018 году отметил 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ «МИСиС» — один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ «МИСиС» также представляет собой полноценный научный центр. Согласно данным основных образовательных рейтингов, университет занимает 30-е место в мире в категории «Инжиниринг–Горное дело» (рейтинг QS) и 76-е место в «Инжиниринг– Металлургия» (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ «МИСиС» находится на 191-й позиции (рейтинг U.S. News).
Стратегическая цель НИТУ «МИСиС» к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В НИТУ «МИСиС» обучаются более 17000 студентов из 75 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ «МИСиС» успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.
Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, лидер Проекта 5-100. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open.
Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.
С 2013 года — участник Проекта 5-100.
В 2018 г. Университет ИТМО в очередной раз вошел в ТОП-100 лучших IT-вузов мира по версии предметного рейтинга Times Higher Education и дебютировал в Шанхайских предметных рейтингах (ARWU) по направлениям “Нанонауки и нанотехнологии” (ТОП-300), “Материаловедение и технология материалов” (301-400) и “Электротехника и электроника” (401-500). В предметных рейтингах QS за 2019 г. Университет ИТМО представлен в ТОП-300 лучших вузов мира по инженерным наукам (“Engineering and Technology”) и физическим наукам («Physics & Astronomy»), а также стал единственным российским вузом, упомянутым в рейтинге QS по искусству и дизайну («Art & Design», ТОП-200 лучших вузов мира).
IT’s More than a UNIVERSITY! Больше чем университет!