Перовскитные солнечные элементы достигли рекордной стабильности и эффективности

Исследователи из Центра им. Гельмгольца в Берлине разработали новую архитектуру полностью перовскитных трехпереходных солнечных элементов, которая сочетает высокую эффективность преобразования солнечной энергии с рекордной долговечностью. Результаты исследования опубликованы в журнале Joule.

Перовскитные солнечные элементы считаются одним из наиболее перспективных направлений развития фотоэлектрических технологий благодаря высокой эффективности, небольшому весу и потенциально низкой стоимости производства. Однако одной из главных проблем таких устройств остается снижение характеристик при длительной эксплуатации.

В новой работе ученые объединили три различных перовскитных полупроводника с разной шириной запрещенной зоны, что позволяет эффективнее использовать различные участки солнечного спектра и повышать выработку электроэнергии.

Ключевым элементом конструкции стала новая двухслойная система переноса электрического заряда, состоящая из оксида графена и самоорганизующегося молекулярного слоя (SAM). Эта комбинация заменила традиционный полимерный слой PEDOT:PSS, который ранее считался одним из наиболее уязвимых компонентов подобных солнечных элементов.

По словам руководителя исследования Стива Альбрехта, использование оксида графена позволило существенно улучшить транспорт электрических зарядов между слоями солнечного элемента и одновременно снизить оптические потери.

Испытания показали, что новая конструкция достигла эффективности преобразования солнечной энергии 27,3%, что относится к числу лучших результатов для полностью перовскитных многопереходных солнечных элементов.

Не менее важным достижением стала долговечность устройства. После 770 часов непрерывной работы солнечный элемент сохранил более 90% первоначальной эффективности, что стало рекордным показателем для данной архитектуры.

Исследователи считают, что дальнейшее совершенствование отдельных перовскитных слоев и межслойных интерфейсов позволит увеличить эффективность таких солнечных элементов свыше 30%.

Авторы отмечают, что полностью перовскитные многослойные солнечные элементы могут стать важной альтернативой традиционным кремниевым панелям. Благодаря небольшой массе и возможности изготовления на гибких подложках они потенциально подходят для использования в строительстве, транспорте, носимой электронике и других областях, где применение тяжелых кремниевых модулей затруднено.