Исследователи добились сертифицированной эффективности преобразования энергии в 28,04 % с помощью тандемного перовскитно-органического солнечного элемента. Эта тандемная архитектура объединяет два взаимодополняющих светопоглощающих субэлемента для улавливания более широкого диапазона солнечного спектра, чем традиционные однослойные устройства.

В отличие от традиционных кремниевых солнечных элементов, которые, как правило, жесткие и требуют высокотемпературного производства, в элементах нового поколения используется смесь «перовскита» — синтетической кристаллической структуры с широкими возможностями настройки — и органических материалов. Поскольку они легкие, гибкие и могут быть напечатаны при низких температурах, как чернила на бумаге, они обещают более дешевый и простой путь к массовому производству.

В тандемном перовскитно-органическом солнечном элементе верхний перовскитный слой предназначен для улавливания высокоэнергетического света, например ультрафиолетовых лучей, а нижний органический слой поглощает ближний инфракрасный свет. Два материала работают в тандеме: верхний слой блокирует жёсткие ультрафиолетовые лучи, которые могут повредить нижний органический слой, а водостойкий органический слой защищает чувствительный к влаге перовскит, расположенный над ним.

Несмотря на многообещающие перспективы, гибридные солнечные элементы долгое время сталкивались с серьёзным препятствием — внутренним химическим разделением.

Китайские ученые разрабатывают новые тандемные солнечные элементы на основе перовскита и органики. Источник: chinadaily.com.cn

Чтобы поглощать нужные цвета света, в слой перовскита добавляют различные галогенидные компоненты, в частности йодид и бромид. Однако эти компоненты имеют тенденцию к разделению. Они не смешиваются равномерно во время преобразования прекурсора в плёнку и кристаллизации, а при длительном воздействии солнечного света во время работы снова разделяются. Это химическое разделение приводит к образованию микроскопических дефектов, из-за которых солнечный элемент быстро выходит из строя.

По информации China Daily, чтобы решить эту проблему, ученые создали умную фотопреобразуемую аддитивную молекулу под названием TDB.

TDB действует как двухстадийный стабилизатор. Во время производства он регулирует динамику кристаллизации и способствует однородному смешению галогенидов при формировании пленки. Затем, когда солнечная батарея работает на солнце, свет заставляет молекулы TDB на микроскопических границах материала трансформироваться, прочно связываясь с поверхностью. Это подавляет миграцию галогенидов и предотвращает образование дефектов под воздействием солнечного света.

 В результате был получен высокостабильный и высокоэффективный солнечный элемент. Оптимизированный слой перовскита обеспечил напряжение холостого хода — максимальное напряжение, генерируемое солнечным элементом при освещении, — в 1,42 вольта, что является рекордом для этого класса солнечных элементов.

При полной интеграции в тандемное устройство общая эффективность преобразования энергии составила 28,80 %, а сертифицированная стационарная эффективность — 28,04 %. Важно отметить, что устройство сохранило 90 % своей первоначальной производительности после 625 часов непрерывной работы, что доказывает, что высокая эффективность не обязательно достигается за счет долговечности