Солнечные элементы из перовскита: рекордная эффективность и долговечность

Перовскитные солнечные элементы демонстрируют 27,2% КПД благодаря оптимизированному распределению хлора.

Исследователи из Института полупроводников Китайской академии наук разработали новую технологию, которая позволила достичь рекордной эффективности и повысить долговечность солнечных элементов на основе перовскита. Этот синтетический материал, имитирующий природный перовскит (титанат кальция), считается перспективным решением для создания более дешевых и эффективных источников солнечной энергии.

Основной проблемой, ограничивающей потенциал перовскитных солнечных элементов, является использование метиламмоний хлорида (MACI) в процессе производства. Этот реагент способствует росту кристаллов, однако в ходе нагревания ионы хлора склонны к миграции и агрегации у поверхностей пленки перовскитного материала. Такая неравномерность распределения хлора снижает максимальную выходную мощность элемента.

Решение, предложенное исследовательской группой, оказалось на удивление простым: добавление щелочного металлоксалата (биноксалата калия) в жидкую смесь перовскита перед формированием пленки.

При добавлении этот компонент растворяется, высвобождая ионы калия. Эти ионы связываются с мигрирующими ионами хлора, образуя новый, стабильный хлорид калия. В результате достигается равномерное распределение хлора по всей пленке, что предотвращает образование дефектов.

«Наша стратегия гомогенизации распределения хлора не только повышает эффективность, но и значительно улучшает рабочую стабильность перовскитных солнечных элементов», — отмечает ведущий автор исследования Цзинби Ю. «Это может стать переломным моментом для коммерциализации перовскитных фотовольтаических систем».

Рекордные достижения

Проведенные испытания подтвердили выдающиеся результаты новых устройств. Была достигнута эффективность преобразования энергии (PCE) на уровне 27,2%, что было подтверждено как мировой стандарт для перовскитных солнечных элементов. Устройства сохранили 86,3% своей начальной эффективности после 1529 часов непрерывной работы при максимальной мощности под стандартным солнечным излучением (1 Sun). Кроме того, они продемонстрировали 82,8% внутренней эффективности после 1000 часов работы при температуре 85°C под полным солнечным светом.

Несмотря на значительное улучшение распределения хлора, исследователи признают, что работа еще не завершена, поскольку некоторые участки неравномерности сохраняются. Также было выявлено большое количество дефектов на скрытом интерфейсе — границе между перовскитным слоем и остальной структурой солнечного элемента. Следующие этапы исследований будут направлены на уменьшение дефектов и создание более однородного слоя.