Учёные объяснили, почему перовскит долго сохраняет энергию электронов

Исследователи из Гронингенского университета выяснили, почему оловянные перовскиты способны значительно дольше обычных материалов удерживать энергию возбуждённых электронов. Результат может пригодиться при разработке солнечных элементов, в которых энергия света будет эффективнее превращаться в электричество.

В стандартных фотоэлектрических материалах «горячие» носители заряда остывают за несколько пикосекунд, отдавая избыток энергии кристаллической решётке в виде тепла. В оловянном перовските этот процесс идёт гораздо медленнее: в отдельных условиях он может продолжаться до наносекунд.

Причины явления учёные установили, сопоставив данные временно-разрешённой фотолюминесценции с компьютерным моделированием методом Монте-Карло. На замедление охлаждения одновременно влияют два механизма. Первый связан с «горячим фононным узким местом»: решётка не успевает рассеивать энергию, и электроны повторно поглощают часть фононов. Второй обусловлен эффектом Бурштейна — Мосса: занятые энергетические уровни ограничивают число доступных переходов для охлаждения.

Модель воспроизвела экспериментальные данные: при определённой концентрации носителей расчётное время охлаждения составило около 470 пикосекунд против примерно 636 пикосекунд в измерениях. Длительное сохранение энергии теоретически позволит извлекать электроны до их превращения в тепло и повысить эффективность солнечных батарей. Однако для этого ещё предстоит создать быстрые контакты, улучшить чистоту перовскита и обеспечить стабильность устройств. Работа опубликована в журнале ACS Energy Letters.