Передача заряда в гибридных кремниевых солнечных батареях удивила ученых

Группа исследователей во главе с профессором Силке Кристиансеном сделала удивительное открытие в области гибридных органических/неорганических солнечных батарей.

Вопреки ожиданиям диод, состоящий из проводящего органического PEDOT:PSS и поглотителя кремниевого n-типа, демонстрирует поведение, больше похожее на p-n переход между двумя полупроводниками, нежели как металл-полупроводниковый контакт.

Результаты опубликованы в издании Nature.

Ученые исследовали систему, основанную на обычных кремниевых пластинах n-типа, покрытых высокопроводящей полимерной смесью PEDOT:PSS и демонстрирующие высокую конверсионную эффективность порядка 14%.

Эта комбинация материалов в настоящее время широко исследуется многими командами в исследовательском сообществе.

«Мы систематически анализируем характерные кривые, темновой ток и емкость таких устройств с помощью кремниевых пластин с различными концентрациями легирования», пояснила Сара Якле, ведущий автор статьи и аспирант в команде профессора Силке Кристиансена из института Макса Планка. „Мы выяснили, что характерные кривые в темноте, равно как и напряжение разомкнутой цепи солнечных батарей, зависят от легирования кремниевых пластин. Это поведение и порядок величины измеренных величин не соответствуют таковым в переходе Шоттки“.

Результат удивителен, поскольку кремний n-типа является типичным полупроводником, в то время как PEDOT:PSS обычно описывается как металлический проводник. Именно поэтому до сих пор считалось, что между этими двумя материалами наблюдается обычный металл-полупроводниковый переход, который можно описать уравнением Шоттки.

Другие измерения, проведенные в сотрудничестве с командой профессора Клауса Липса из берлинского Института наноспектроскопии, а также сравнение с теоретическими моделями показали и другую сторону медали. В соединении с кремнием n-типа проводящий органический слой ведет себя как полупроводник p-типа, а не металл.

«Данные демонстрируют зависимость от степени легирования точно так же, как гетеропереход между полупроводниками p- и n-типа», заявила Сара Якле.

«Работа указывает на очень важный аспект гибридных систем, а именно поведение в интерфейсе», отметил Силке Кристиансен. „Результаты достоверны и для других гибридных систем, важны для фотогальваники или других оптикоэлектронных устройств, таких как перовскитовые солнечные батареи. Они открывают новые пути оптимизации устройств с помощью настройки свойств интерфейса“.