Перовскит — ведущий кандидат на смену кремнию в качестве основного материала солнечных элементов. На основе этого минерала можно было бы изготавливать дешевые, сверхтонкие, легкие и гибкие элементы, но до сих пор эффективность конверсии солнечного света в электричество отставала от кремниевых и других аналогов. Ученые из США и Южной Кореи предложили новую конструкцию перовскитовых ячеек, которые продемонстрировали КПД в 80% от теоретического максимума.

Добавив к перовскитовому материалу специально обработанный проводящий слой диоксида олова и модифицировав формулу перовскита, команда специалистов добилась повышения общей эффективности солнечного элемента до 25,2% — почти рекордного значения для подобных материалов, рассказывает MIT News.

Перовскиты — широкий класс материалов, отличающихся особой молекулярной структурой, или решеткой, которая напоминает природный минерал перовскит. Существует множество возможных химических сочетаний перовскита, и теоретически из него можно было бы изготавливать намного более дешевые фотоэлементы, чем из кремния или арсенида галлия. Отчасти это так благодаря упрощенному процессу обработки и производства, при которых не требуется температура более 1000 градусов Цельсия — достаточно 200 ⁰С. Другой плюс перовскитов — возможность получения чрезвычайно тонких и легких слоев при сохранении эффективности.

У перовскитовых материалов более высокая энергетическая щель, чем у кремния, что означает, что они поглощают другую часть спектра и могут дополнять кремниевые элементы. Но даже без них единственный активный слой перовскита можно сделать не менее эффективным, чем кремниевый или из арсенида галлия.

Один из методов улучшения производительности этого материала — точное проектирование слоя переноса электронов. Исследователи разделили перовскитовый и проводящий слои модифицированным промежуточным слоем из оксида олова, что позволило снизить потери. Для этого они использовали метод химического осаждения в растворе, а также оптимизировали сам перовскитовый слой.

В результате эффективность повысилась до 80% от теоретического максимума для материалов этого типа. Результаты исследований можно применять для серийного производства перовскитовых фотоэлементов, уверены ученые.