Исследователи разработали новый солнечный элемент, который оказался эффективным и дешевым. Элемент состоит из двух перовскитных слоев, которые улавливают волны разной длины. А чтобы сократить потери, ученые нанесли дополнительное соединение. В результате солнечный элемент достиг рекордной эффективности в 27%. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Традиционно солнечные элементы изготавливают из пластин кремния. Однако такой процесс производства дорогой, а минерал не показывает высокую эффективность. Перспективным аналогом является перовскит — минерал, который сравнительно редко встречается на поверхности Земли. Однако сейчас очевидно, что он может стать хорошим материалом для солнечных батарей. Преимущество перовскита в том, что он дешевле в производстве. К тому же, в отличие от кремния, его можно настраивать на поглощение световых волн разной длины, что повышает эффективность.
Солнечная батарея состоит из двух пластин, расположенных друг над другом, поэтому ее называют тандемной. Они преобразуют солнечную энергию в постоянный электрический ток. Исследователи разместили слой перовскита на обе пластины: верхняя — хорошо поглощает ультрафиолет и часть видимого света, а нижняя — инфракрасное излучение. Однако электрическое поле на поверхности было неоднородным. Это значит, что возбужденные электроны легко перемещались в электрон-транспортный слой, вылетая в дырки, оставленные ими, и терялись в цепи, что снижало коэффициент полезного действия. Ученые нанесли на слой перовскита дополнительное вещество, 1,3-пропан-диаммоний (PDA). Так им удалось улучшить энергетическое выравнивание. Объединив этот слой в монолитный, полностью перовскитовый тандем, ученые сообщили о рекордной эффективности в 27%. При этом такой солнечный элемент сохраняет более 86% своей первоначальной эффективности после 500 часов работы.
«Несмотря на то что кремниевые солнечные элементы показали впечатляющие достижения в последние годы, их эффективность и стоимость имеют неотъемлемые ограничения, обусловленные свойствами материала. Технология перовскита может преодолеть эти ограничения, но до сих пор она работала ниже своего полного потенциала. Наше последнее исследование выявляет ключевую причину этого и указывает путь вперед», — говорит Тед Сарджент из Университета Торонто.
Ученые отмечают, что перовскитные солнечные батареи стремительно развиваются. Возможно, в будущем они смогут частично заменить углеводородную энергетику.
Автор: Екатерина Глаголева
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
