Международная команда ученых нашла способ сохранить эффективность перовскитных солнечных элементов при увеличении их размеров. Для этого авторы заменили диоксид титана в электрон-транспортном слое ячейки на слой квантовых точек оксида олова (IV). Это позволило сохранить стабильность элемента при масштабировании и достичь рекордных характеристик эффективности. Статья опубликована в журнале Science.
Перовскиты представляют собой гибридные соединения, состоящие из галогенидов металлов и органических компонентов. Они перспективны для создания светодиодов, лазеров и фотодетекторов. Наиболее важное их применение — создание солнечных элементов, которые смогут превзойти по характеристикам кремниевые аналоги. Основная проблема заключается в том, что перовскитные солнечные элементы теряют свою стабильность и эффективность по мере увеличения размеров.
Частично эта проблема связана с электрон-транспортным слоем ячейки, который должен переносить электроны, образованные при поглощении света, на электроды устройства. В перовскитных солнечных элементах электрон-транспортный слой изготовлен из мезопористого диоксида титана, который демонстрирует низкую подвижность электронов. Кроме того, при облучении ультрафиолетом в нем могут возникнуть нежелательные фотокаталитические явления.
Международная команда ученых под руководством корейских исследователей предложила инновационный способ решения этой проблемы. Идея заключается в замене электрон-транспортного слоя тонким слоем квантовых точек. Квантовые точки — наночастицы, ведущие себя как полупроводники при освещении светом определенной длины волны. Уникальные оптические свойства делают их востребованными для использования в различных оптических устройствах.
Использование квантовых точек оксида олова (IV), стабилизированных внутри слоя полиакриловой кислотой, увеличило светоулавливающую способность перовскитных солнечных элементов и подавило безызлучательную рекомбинацию — снижение эффективности, которое иногда возникает на границе между электрон-транспортным слоем и перовскитом.
Новый перовскитный солнечный элемент площадью 0,08 см2 показал рекордную эффективность в преобразовании энергии (25,7%), а также высокую стабильность работы. При увеличении площади поверхности солнечных элементов до 1, 20 и 64 см2 эффективность преобразования энергии составила 23,3, 21,7 и 20,6% соответственно.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
