Учёные увеличили эффективность перовскитных солнечных элементов до 27,2%

Учёные из Института полупроводников Китайской академии наук добились рекордной эффективности для солнечных элементов на основе перовскита — 27,2% от солнечной энергии удалось превратить в электричество с помощью инновационного приёма по равномерному распределению ионов хлора.

Материал перовскит, аналог природного кальций-титаната, в последние годы активно рассматривается как многообещающая альтернатива традиционным кремниевым солнечным панелям. Его ключевые достоинства — низкая себестоимость и быстрый рост эффективности. Однако главным барьером становились структурные дефекты, возникавшие из-за агрегирования ионов хлора при формировании плёнки.

Команда исследователей обнаружила, что при нагревании смеси, используемой для создания перовскитной плёнки, ионы хлора начинают мигрировать и концентрироваться как у поверхности, так и в погружённой части тонкого слоя. Это приводит к дефектам и ограничивает максимально достижимую мощность.

Для устранения проблемы была внедрена простая, но эффективная доработка: в жидкую смесь добавили оксалат металла щелочной группы (калия) — калия биноксалат. При растворении он высвобождает ионы калия, которые связывают мигрирующие ионы хлора и образуют стабильную соль калий хлорид. В результате образуется равномерное распределение хлора по плёнке — без накоплений-скоплений.

По словам ведущего автора исследования Джинби Ю, «стратегия гомогенизации распределения хлора не только повышает эффективность, но и значительно улучшает эксплуатационную стабильность перовскитных солнечных элементов».

При тестировании средство позволило добиться показателя «конверсии энергии» (Power Conversion Efficiency, PCE) на уровне 27,2%, что стало мировым рекордом для перовскитных элементов. Кроме того, приборы сохранили 86,3% своей начальной эффективности после 1 529 часов работы в режиме максимальной мощности при освещённости уровня «1 Sun».  При повышенной температуре (85°C) и полной солнечной нагрузке в течение 1 000 ч внутренний КПД сохранился на уровне 82,8%.

Исследователи отмечают, что несмотря на значительный прогресс, некоторые участки плёнки всё ещё демонстрируют неидеальное распределение хлора, а интерфейс между слоем перовскита и соседними структурами содержит дефекты. В качестве следующего шага они планируют сосредоточиться на сокращении таких интерфейсных дефектов и доведении технологии до коммерческой пригодности.