Китайские ученые повысили эффективность и стабильность перовскитных солнечных элементов

Китайские ученые сообщили о значительном прогрессе в повышении как эффективности, так и стабильности перовскитных солнечных элементов. Исследователи заявляют, что этот шаг может помочь приблизить перспективную технологию к крупномасштабному промышленному использованию.

Команда под руководством профессора Ю Цзинби из Института полупроводников Китайской академии наук заявила, что определила добавку, которая может повысить эффективность преобразования энергии перовскитных солнечных элементов до 27,2%. Устройства также сохранили 86,3% своей первоначальной эффективности после непрерывной работы в течение 1529 часов (около 63 дней) в точке максимальной мощности при стандартном солнечном освещении — что является признаком улучшенной долговечности. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Science.

Перовскитные солнечные элементы вызывают глобальный интерес как фотоэлектрическая технология следующего поколения, поскольку они недороги в производстве и демонстрируют быстрый рост производительности. Их эффективность выросла с 3,8% до 26% всего за 16 лет, приблизившись к эффективности традиционных, но дорогостоящих монокристаллических кремниевых элементов. Однако разрыв между текущими показателями и теоретическим пределом сохраняется, в основном из-за сложности создания перовскитных тонких пленок, которые были бы одновременно высококачественными и стабильными.

Исследователи обнаружили, что при использовании обычной добавки — метиламмония хлорида — хлорид имеет тенденцию накапливаться неравномерно вблизи поверхности пленки. Хотя добавка помогает замедлить рост кристаллов и формировать полезные промежуточные состояния, неравномерное распределение нарушает плавное течение электрических зарядов через материал.

Чтобы решить эту проблему, команда ввела щавелевокислые соли щелочных металлов во время роста пленки. Эти соединения помогают связывать ионы калия с ионами хлорида, предотвращая случайную миграцию хлора и обеспечивая его равномерное распределение по всей пленке. Это позволяет получать перовскитные слои со временем жизни носителей до 20 микросекунд (показатель того, как долго заряды могут двигаться до рекомбинации) и сниженной плотностью дефектов до 10¹³ на кубический сантиметр.

В исследовании говорится, что для повышения эффективности и поддержания долгосрочной стабильности необходима дальнейшая работа по уменьшению дефектов на границе раздела — более глубоком слое, где материалы соприкасаются. По словам исследователей, продолжающийся прогресс может ускорить путь к коммерческому внедрению перовскитных солнечных элементов.

Перовскитные солнечные элементы считаются одной из самых многообещающих технологий в фотовольтаике благодаря потенциалу низкой стоимости и высокой эффективности. В отличие от традиционных кремниевых панелей, их можно производить с использованием методов печати, что открывает возможности для создания гибких и даже полупрозрачных солнечных элементов для интеграции в здания и портативные устройства.