Ученые создали перовскитную солнечную батарею с КПД 27,3% и рекордной стабильностью

В ходе дальнейших улучшений КПД может достигнуть 30%

Исследователи из Центра имени Гельмгольца в Берлине (HZB) разработали новую трехслойную перовскитную солнечную батарею, которая сочетает высокую эффективность и заметно улучшенную долговечность. Лабораторный образец достиг КПД 27,3% и сохранил более 90% первоначальной производительности после 770 часов непрерывной работы.

Изображение: Laura Canil / HZBРазработка относится к классу тройных солнечных элементов. В отличие от традиционных кремниевых панелей, где используется один основной светопоглощающий материал, такие устройства состоят из трех слоев перовскита с разной шириной запрещенной зоны. Каждый слой поглощает свою часть солнечного спектра, что позволяет эффективнее превращать солнечный свет в электричество.

Главной проблемой перовскитных солнечных элементов долгое время оставалась недостаточная стабильность. Хотя такие материалы демонстрируют высокий потенциал по эффективности, они быстрее кремния теряют свои свойства под воздействием влаги, кислорода и длительного освещения.

Одним из слабых мест конструкции считался полимерный слой, который используется для переноса заряда между слоями батареи. Он не только ухудшал светопропускание, но и постепенно разрушался во время эксплуатации.

Ученые HZB заменили его новой комбинацией материалов: сверхтонким самоорганизующимся молекулярным слоем (SAM) и нанометровым слоем оксида графена (GO). SAM формирует упорядоченную молекулярную структуру и помогает улучшить контакт между слоями, однако сам по себе не обеспечивает оптимальную передачу заряда. Добавление оксида графена позволило снизить электрические потери и одновременно повысить устойчивость всей конструкции.

Новая архитектура также защищает один из самых уязвимых элементов батареи — перовскитный слой на основе олова и свинца. Обычно такие материалы быстро деградируют при контакте с окружающей средой, но комбинация SAM и GO создает дополнительный защитный барьер, который замедляет разрушительные процессы.

По словам руководителя исследования профессора Стива Альбрехта, технология еще имеет потенциал для дальнейшего улучшения. После оптимизации отдельных перовскитных слоев эффективность подобных элементов может превысить отметку в 30%.