Ученые впервые экспериментально продемонстрировали преимущества уникальных электрических свойств фосфореновых нанолент. По их словам, полученные результаты подчеркивают важность свойств нового двумерного наноматериала. Фосфореновые наноленты впервые выделили в 2019 году, однако до сих пор их предсказанные электронные свойства не проявлялись в реальных устройствах.

В новом исследовании, инженер-химик из Имперского колледжа Лондона Томас Макдональд и его коллеги экспериментально продемонстрировали потенциал фосфореновых нанолент, включив их в перовскитные солнечные элементы. Наноленты повысили эффективность солнечных элементов за счет увеличения электрического взаимодействия между светопоглощающим слоем перовскита и полупроводниковым полимером.

«Благодаря высокой энергии связи экситона, перестраиваемой ширине запрещенной зоны, технологичности в растворе и сверхвысокой подвижности дырок, фосфореновые наноленты имеют большие перспективы для оптоэлектроники », — рассказал Макдональд.

Солнечные элементы на основе перовскита изготавливаются из класса материалов, имеющих кристаллическую структуру, аналогичную минеральному перовскиту, а не более обычному кристаллическому кремнию. Они могут быть созданы методом растворения, что делает их производство дешевле, по сравнению с кремниевыми аналогов. Также эти солнечные элементы тоньше, что делает их более легкими и гибкими.

Команда вставила наноленты в несколько различных типов солнечных элементов из перовскита, разместив их между слоем перовскита и полимерным слоем. Этот слой используется в солнечных элементах для улучшения взаимодействия перовскита и электродов.

Затем ученые сравнили новые устройства с контрольными перовскитными солнечными элементами, в которых отсутствовали фосфореновые наноленты. Выяснилось, что наноленты увеличили эффективность преобразования энергии солнечных элементов примерно с 18% до более чем 21% — наравне с традиционными кремниевыми солнечными элементами.

По словам Макдональда, ученым удалось продемонстрировать, что фосфореновые наноленты чрезвычайно эффективны в качестве заряд-селективного промежуточного слоя.

«Функциональные электронные свойства фосфореновых нанолент улучшают функциональность перовскитных солнечных элементов за счет более эффективного извлечения носителей», — добавил ученый.

Макдональд также отметил, что уникальные свойства фосфореновых нанолент могут принести пользу и другим устройствам —например, фотодетекторам, светоизлучающим диодам и водородным топливным элементам. Исследователь предположил, эти наноленты могут быть особенно полезны в батареях для электромобилей, поскольку они значительно ускоряют движение заряженных ионов, что приводит к увеличению емкости аккумулятора и сокращению времени зарядки.