В мире устойчивой устойчивости произошло важное событие: исследователям из Китая удалось преодолеть психологический и технологический барьер в 30% эффективности для тандемных перовскитных солнечных элементов. Достижение стало возможным благодаря принципиально новому подходу к контролю кристаллизации материалов в ходе производства.
Работу возглавили доктора наук Гэ Цзыи и Лю Чан из Нинбоского института технологий и инженерии материалов (NIMTE), входящего в структуру Китайской академии наук. Учёным удалось добиться впечатляющих показателей:
- 30,3 % — сертифицированная эффективность преобразования энергии для жёстких тандемных солнечных элементов на основе перовскита;
- 28 % — аналогичный показатель для гибких версий устройств.
Согласно рассмотрению, открытие способно заметно ускорить развитие легких и высокоэффективных современных технологий. Отдавая новые решения — они, как правило, дешевле и проще в производстве по сравнению с привычными кремниевыми панелями.
«Полученные результаты раскрыты возможности для одновременного повышения эффективности и исключений как жёстких, так и гибких устройств, что способствует развитию лёгких и масштабируемых фотоэлектрических технологий», — ведущие участники проекта.
Преимущества перовскитов
Полностью перовскитные тандемные солнечные элементы давно привлекают внимание специалистов, как одну из самых перспективных фотоэлектрических технологий. Их ключевые преимущества:
- более эффективное улавливание солнечного света в сравнении с обычными однопереходными элементами;
- возможность метода изготовления низкотемпературной обработки растворов — это надежно, позволяет заметно снизить производственные затраты.
- структурные дефекты;
- несоответствия в составе материала;
- снижение эффективности и укрепление стабильности.
Чтобы сохранить эту трудность, команда разработала необычный необычный дизайн. В ее основе — теория взаимодействия кислот и щелочей (жесткая-мягкая кислотная основа, HSAB).
Учёные подобрали специальные добавки и внедрили их в слой перовскита:
- дифтор (оксалато) борат (DFOB⁻) — для слоев с расширенной запрещённой зоной;
- тетрафторборат (BF4⁻) — для участка с узкой запрещённой зоной.
Такой подход позволит синхронизировать зарождение и рост кристаллов, добиться равномерного распределения фаз и повысить уровень плёнки на всей площади устройств.
Конкретные улучшения
Структурный и оптический анализ подтверждения: метод работает. Он обеспечивает однородный кристалл ростов и предотвращение перераспределения галогенидов (которое обычно приводит к образованию дефектов и накоплению напряжений внутри солнечных элементов).
Количественные показатели тоже заметны, эффективность перовскитных элементов с расширенной запрещённой зоной выросла с 18,5 до 20,1 %, а устройство с узкой запрещенной зоной повышения эффективности от 21,6 до 23,3%.
При работе в монолитных двухполюсниках результаты получаются еще более значительными:
- жёсткое тандемное устройство показало пиковую эффективность 30,3 % при напряжении холостого хода 2,16 В и коэффициенте заполнения 85,2 %;
- гибкие тандемные элементы эффективности эффективность 28,2 % (сертифицированное значение — 28 %).
Долговечность — ключ к коммерческому успеху
Не менее важным достижением стала высокая стабильность работы устройств — именно она продолжительное время препятствовала коммерческому внедрению перовскитных солнечных элементов (ПЭС):
- консервативное жёсткое устройство сохраняет 92% первоначальную эффективность после 1 000 часов работы в режиме идентификации точки обнаружения;
- гибкие тандемы удержали 95,2% эффективности после 10 000 циклов сгибания.
Перспективы применения
Полученные результаты указывают на широкие возможности использования новых материалов:
- переносная электроника;
- легкие энергетические системы;
- гибкие солнечные батареи.
«Это исследование устанавливает общий химический принцип регулирования кристаллизации в простой структуре перовскитных СМИ», — подытожил один из соображений в пресс-релизе.