В совместном исследовательском проекте Стэнфордского и Оксфордского университетов создан новый тип перовскитного фотоэлектрического устройства, которое тоньше и проще в изготовлении, чем кремниевые солнечные батареи, но при этом сопоставимо с последними по эффективности преобразования энергии.

Устройство состоит из двух перовскитных элементов, размещённых один над другим — в тандем. Каждый элемент напечатан на стекле, но та же технология может использоваться для нанесения перовскита на пластик.

До этого, нанесением дополнительного слоя перовскита улучшали эффективность кремниевых солнечных батарей. Тандемное устройство, полностью состоящее из перовскита, по утверждению авторов статьи, вышедшей в журнале Science, можно изготавливать с гораздо меньшими затратами денег и энергии.

Для создания кремниевой солнечной панели сначала преобразуют силикатный минерал в кристаллы кремния. Этот процесс протекает при температурах выше 1600 °C. Перовскитные элементы получают в лаборатории из обычных материалов, таких как свинец, олово и бром, и печатают на стекле при комнатной температуре.

Эффективное тандемое устройство должно состоять из идеально подобранных элементов: с большой запрещённой зоной для поглощения фотонов с высокой энергией и с узкой зоной — для улавливания всех остальных.

Получение узкокозонного перовскита до сих пор представляло серьезную проблему, для которой в данной работе удалось найти эффективное решение, использующее особую комбинацию олова, свинца, цезия, йода и органических материалов.

Новый материал поглощает низкоэнергетичные фотоны в инфракрасном диапазоне и обеспечивает эффективность преобразования 14,8%. Применение его в тандеме с перовскитом, состоящим из тех же материалов, но имеющим более широкую запрещённую зону, позволило получить солнечную панель с суммарным коэффициентом преобразования 20,3%.

Ещё одной проблемой перовскитов, в особенности, содержащих олово, является их низкая стабильность. Такие солнечные батареи под воздействием света или влаги быстро теряют эффективность и до сих пор не могли конкурировать с кремниевыми панелями, срок эксплуатации которых превышает 25 лет.

Ученые подвергли созданные ими тандемные элементы испытаниям на стабильность, выдержав их четверо суток при температуре 100 °C.

«Мы обнаружили, что наши элементы демонстрируют отличную температурную и атмосферную стабильность, беспрецедентную для оловосодержащих перовскитов», — пишут они в статье.

Следующим шагом станет оптимизация состава материалов, что должно позволить увеличить поглощение и генерировать ещё больше электроэнергии.