A hagyományos, szilíciumalapú napelemanyagok tipikus hatásfoka 15 százalék körüli. Egy új, nemrégiben felfedezett anyagcsalád – az ún. metilammónium-ólom-halid-perovszkitek – használatával a BME kutatói laboratóriumi körülmények között 30 százalékos hatásfokot értek el, és reményt mutatnak arra, hogy ez akár tovább is növelhető. Az a tény, hogy egy nem szilíciumalapú anyag is lehet jó napelemek céljára, a kutatókat további új anyagok vizsgálatára sarkallja.
A felhasználhatóság szempontjából rendkívül fontos tényező a napelem belsejében gerjesztett töltéshordozó párok mennyisége és ezek élettartama. Lehetséges, hogy a keltett elektronlyuk-párok egyszerűen megsemmisülnek (rekombinálódnak). Egy félvezető anyagban a rekombinációs folyamat előtt a réteget elhagyó töltéshordozók járulnak hozzá a napelem energiatermeléséhez. Az új típusú félvezetők töltéshordozó rekombinációs idejének vizsgálatából ennek köszönhetően információ szerezhető a napelemként való felhasználásukról. A BME szakemberei által vezetett kutatás során ezt a rekombinációs időt és gerjesztett töltéshordozó mennyiséget vizsgálták.
A félvezetőipar nagy erőkkel keresi a szilíciumot hatásfokban túlszárnyalni képes, gyártási költség és nehézség tekintetében ideálisabb félvezető anyagokat. Ezek közt az anyagok között egy széles körben kutatott anyagcsalád, a metilammónium-ólom-halid-perovszkitek csoportja. Ezek az anyagok rendkívüli fotovoltaikus tulajdonságuknak és könnyű, olcsó előállításuknak köszönhetően kerültek a figyelem középpontjába. Alkalmazásuk azt az ígéretet hordozza, hogy a jelenlegi anyagoknál sokkal magasabb hatásfokú napelemek lesznek belőlük készíthetők.
A BME, az Eötvös Kutatási Hálózat Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói az École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Svájc) és a University of Notre Dame (USA) – nagyrészt szintén magyar – kutatóival együttműködve vizsgálták az ún. metilammónium-ólom-halid-perovszkitekben a keletkező töltéshordozók élettartamát és azok számát. A kutatás során 4 K hőmérsékletig hűtötték az anyagcsalád három különböző módosulatát, majd a hőmérséklet növelése során 4 K és 300 K között megfigyelték a rekombinációs folyamat változását. A kutatás során megfigyelték, hogy az anyagok szerkezeti átalakulásai hogyan befolyásolják a napelem-hatásfokot, amiből meg tudták jósolni, hogy milyen irányban érdemes tovább vizsgálódni. Összehasonlították a jódot, brómot és klórt tartalmazó mintát, megfigyelték a minta gyors és lassú hűtése során jelentkező különbséget, valamint három különböző mintakészítési módszerrel készült metilammónium-ólom-bromid kristály esetén vizsgálták a morfológia hatását a rekombinációs folyamatra.
A magyar kutatók munkájának eredménye a rangos ACS Photonics tudományos folyóiratban jelent meg.
Forrás: pubs.acs.org
