Алкалоїд капсаїцин, який відповідає за гостроту перцю, підвищив щільність електронів та прискорив швидкість перенесення заряду у перовскітних сонячних елементах. Вдосконалені елементи зберігали більш як 90 відсотків своєї ефективності після 800 годин роботи на повітрі, повідомляють вчені у статті, опублікованій у журналі Joule.
Начинені перцем сонячні елементи. Jin Yang
Навіщо батареям перець?
За десять років ефективність сонячних елементів в пристроях збільшилася з 3,8 відсотка до 25,5 відсотка, а в тандемних елементах на основі кремнію — до 29,1 відсотка. Втім, хоч і сонячні елементи на основі перовскітів і мають більше переваг перед звичайними кремнієвими, заряди в таких матеріалах переважно присутні у вигляді вільних електронів і дірок, а не пов’язані, як екситони. Тому вони страждають від безвипромінювальної рекомбінації, тобто втрачають частину енергії на тепло, що знижує ефективність і збільшує теплові втрати.
Що зробив перець?
Капсаїцин став інтерфейсом між напівпровідниковими шарами p-типу, які містять більше електронодефіцитних «дірок», ніж електронів, і напівпровідниковими шарами n-типу, які містять більше електронів, ніж «дірок». Так він пришвидшив перенос заряду і знизив щільність дефектів перовскітної плівки, збільшивши щільність електронів. Вчені припустили, що капсаїцин пригнітив безвипромінювальну рекомбінацію завдяки реакції із іонами свинцю в сонячному елементі, вивільнюючи більше електронів для проведення струму.
Як він збільшив ефективність?
Вчені додали 0,1 масової частки капсаїцину до прекурсору тріодіоду свинцю метиламонію(MAPbI3) під час виготовлення та провели ряд експериментів з ультрафіолетовою та рентгенівською фотоелектронною спектроскопією, щоб визначити, як добавка капсаїцину впливає на властивості сонячних елементів. Вони з’ясували, що поки звичайна панель мала ефективність 19,1 відсотка, ті, що містили капсаїцин, мали ККД 21,88 відсотка. Вдосконалені сонячні елементи також показали підвищену стабільність, зберігаючи більше 90 відсотків своєї початкової ефективності після 800 годин використання на повітрі.