Основное противоречие, которое десятилетиями разделяло эмиссионные и фотовольтаические устройства из одного материала, — толщина активного слоя. Светодиоду требуется чрезвычайно тонкий (около 50 нанометров) и слегка неровный слой, чтобы свет мог легко выходить наружу. Солнечному элементу, чтобы эффективно поглощать солнечный свет, наоборот, нужен слой примерно в 16 раз толще. Авторам — ученым из США и Китая — удалось разрешить это противоречие, не идя на компромисс в эффективности ни одной из функций, говорится в пресс-релизе.
Найденное решение — создание в объеме перовскита микроскопических пористых «островков» из оксида алюминия, собранных методом электростатической самосборки. Их структура подобна губке: через поры перовскит прорастает, сохраняя электрический контакт с электродом, а сами островки служат оптическими элементами, перенаправляя свет в нужном направлении — либо внутрь для захвата (солнечный элемент), либо наружу для выхода (светодиод). Эти островки настолько малы, — около 5 микрометров в поперечнике и 0,5 мкм в высоту — что почти не влияют на проводимость.
Второй важный фактор — поверхностные молекулы на этих наночастицах «залечивают» дефекты на границах кристаллов перовскита, где обычно теряется энергия. Скорость потери носителей заряда упала с 20,2 см/с до 1,4 см/с, что сопоставимо с лучшими кремниевыми фотоэлементами. При таком низком уровне дефектов начинает играть роль вторичный эффект: фотоны, которые не вышли наружу, переизлучаются материалом снова и снова, пока не найдут выход, а не теряются в виде тепла.
В режиме солнечного элемента устройство сохранило 95% начальной эффективности после 1200 часов непрерывной работы. В режиме светодиода излучательная способность оказалась почти в десять раз выше, чем у контрольного устройства.
Авторы отмечают, что сочетания высокой (>26%) фотовольтаической эффективности и высокой (>30%) светодиодной эффективности в одном поликристаллическом устройстве удалось добиться всего лишь второй раз в истории. Первый — монокристаллический арсенид галлия, который значительно дороже и сложнее в производстве.
На практике это означает возможность создания дисплеев или осветительных приборов, которые будут в выключенном состоянии заряжаться от окружающего света.
Исследователи из Японии создали недорогую и эффективную систему беспроводной связи, которая использует для передачи данных обычный видимый свет. Эта технология особенно перспективна для интеллектуальных транспортных систем, в которых уличные фонари или светофоры могли бы передавать информацию автомобилям.
