Физики придумали, как улучшить солнечные элементы из перовскитов. Тестовый образец преобразуют свет в электричество на 250% лучше современных аналогов. Исследователи из Китая и США предложили новый метод производства перовскитовых элементов. Технология позволит создать дешевые компоненты для солнечной энергетики, которые по эффективности превосходят кремний.

Обычно перовскиты синтезируют во влажной лаборатории, а затем наносят материал в виде пленки на стеклянную подложку для различных применений, говорят авторы работы. Для создания своих солнечных элементов они заменяли стекло на подложку из слоя металла или метаматериала, состоящего из чередующихся слоев серебра (проводника) и оксида алюминия (диэлектрика).

В солнечном элементе фотоны солнечного света должны взаимодействовать с электронами и возбуждать их, заставляя отрицательно заряженные частицы перемещаться и генерировать электрический ток, объясняют физики. В идеале солнечный элемент должен использовать «слабые» материалы, чтобы избежать рекомбинации, когда возбужденные электроны возвращаются к ядрам атомов.

Иллюстрация взаимодействия между перовскитом и подложкой из металл-диэлектрического материала. Зеркальные изображения, отраженные от подложки, снижают способность возбужденных электронов в перовските рекомбинировать со своими атомными ядрами. Изображение: Chloe Zhang, University of Rochester

С помощью новой технологии ученые создали материал, в котором рекомбинации электронов ослабевает за счет «множества удивительных физических явлений». Металлический слой служит зеркалом, которое создает перевернутые изображения электронно-дырочных пар, ослабляя способность электронов рекомбинировать с дырками.

В лабораторном эксперименте исследователи показали, что перовскиты на металлической подложке или основе из метаматериала преобразуют фотоны в электричество на 250% эффективнее, чем аналоги, собранные на стекле. Физики продолжат работать над улучшением материала, чтобы решить основную проблему перовскитовых элементов — быструю деградацию.