Исследователи из Университета Гронингена в Нидерландах изучили свойства перовскитных солнечных элементов на основе олова. Ученые выяснили, что такие материалы способны удерживать энергию горячих электронов в 1000 раз дольше, чем стандартные аналоги. Обычно процесс охлаждения электронов занимает пикосекунды, из-за чего энергия теряется в виде тепла.
Эксперименты показали, что в оловянных металлогалогенидных перовскитах повышенная энергия сохраняется на протяжении наносекунд. Компьютерное моделирование подтвердило, что этот эффект достигается за счет сочетания двух факторов: «бутылочного горлышка горячих фононов» и эффекта Бурштейна — Мосса. Первый препятствует быстрому рассеиванию колебаний решетки.
Второй механизм, эффект Бурштейна — Мосса, ограничивает переходы электронов на более низкие энергетические уровни из-за их заполнения другими носителями. Дополнительным фактором стала малая эффективная масса носителей заряда, которая позволяет электронам быстрее перемещаться внутри материала и дольше сохранять избыточную энергию.
Открытие объясняет физические принципы, которые теоретически могут позволить солнечным элементам преодолеть предел эффективности Шокли — Квайссера, составляющий около 33%. Однако на текущий момент речь идет только о фундаментальном исследовании, а не о создании готовых коммерческих панелей.
Инженерам предстоит решить задачу эффективного извлечения горячих электронов до того, как они остынут. Технология требует дальнейшего изучения, так как исследователи пока лишь описали механизм длительного сохранения энергии, не представив работающий прототип с повышенным КПД.
