Китайские учёные разработали экологичные бессвинцовые солнечные элементы с рекордным КПД

В значительном прорыве для зелёной энергетики китайские учёные создали оловянные солнечные элементы, которые по эффективности не уступают традиционным свинцовым моделям, при этом устраняя экологические риски и угрозы для здоровья.

Этот прорыв, опубликованный в журнале Nature в среду, может ускорить внедрение перовскитных фотоэлементов — технологии нового поколения — в повседневные применения.

Перовскитные солнечные элементы считаются потенциальным прорывом благодаря высокой эффективности и низкой стоимости производства, но их зависимость от токсичного свинца вызывала опасения относительно крупномасштабного развёртывания.

Теперь команда под руководством исследователей из Университета Фудань разработала бессвинцовую альтернативу, которая достигает рекордной эффективности преобразования энергии в 17,7 процента — самого высокого известного уровня для таких элементов на сегодняшний день.

«Наша цель состояла в создании солнечного элемента, который был бы действительно зелёным на протяжении всего своего жизненного цикла», — сказал Лян Цзя, соавтор исследования. Олово предлагает идеальное решение, поскольку оно «распространено, безопасно, обладает высокой совместимостью с преобразованием солнечной энергии и легко производится в больших масштабах».

Поскольку ионы олова легко окисляются, а интерфейс между слоями имеет тенденцию к нестабильности, ранние оловянные элементы с трудом достигали 10-процентной эффективности.

Команда Ляна переработала скрытый интерфейс, введя молекулярную плёнку для формирования однородного межфазного слоя с хорошо согласованным выравниванием энергетических уровней.

Согласно исследованию, этот подход помогает создать «сверхсмачивающий» подслой, который направляет рост однородных высококачественных оловянных перовскитных плёнок с уменьшенной плотностью дефектов.

Что касается стоимости материалов, оловянные солнечные элементы теоретически значительно дешевле своих кремниевых аналогов, сказал Лян.

В перспективе эта зелёная фотоэлектрическая технология, как ожидается, будет широко применяться в строительной интегральной фотоэлектрике, носимых энергетических устройствах, крышах транспортных средств и автономных системах чистой энергии.

Эта технология особенно хорошо подходит для энергетических применений, связанных с близким контактом с человеком, пояснил Лян.