Перовскитная солнечная ячейка достигла КПД 30,1% без кремниевых пластин
Исследователи Нанкинского университета и других научных организаций разработали трёхслойную перовскитную солнечную ячейку, в которой каждый слой поглощает свою часть солнечного спектра.
Чтобы повысить эффективность, команде пришлось изменить способ изготовления верхнего слоя: при прежнем подходе в нём возникали дефекты и потери энергии.
При измерении эффективности преобразования солнечного света в электричество исследователи получили результат 30,1%. Независимая сертификация показала 29,3%. Ячейка состоит из трёх соединённых перовскитных слоёв с разными характеристиками: верхний рассчитан на высокоэнергетическую часть спектра, нижний поглощает излучение в инфракрасном диапазоне.
Основную сложность создавал верхний слой с высоким содержанием брома. При изготовлении его поверхность высыхала и кристаллизовалась раньше, чем нижняя часть плёнки. Из-за этого материал мог сморщиваться и трескаться, а его компоненты распределялись неравномерно. Дефекты приводили к потерям напряжения и снижали отдачу ячейки.
Команда совместила обработку растворителем с добавлением небольшого количества хлорида олеиламмония. Растворитель выравнивает поверхность, а добавка помогает бромидным и иодидным компонентам кристаллизоваться одновременно. Верхний слой перестаёт затвердевать слишком рано, поэтому плёнка получается более ровной и однородной по всей толщине. Напряжение холостого хода верхней части ячейки достигло 1,46 В.
Для трёх слоёв исследователи подобрали материалы с шириной запрещённой зоны 2,0, 1,60 и 1,22 эВ соответственно. Такое сочетание позволяет распределить поглощение света между частями ячейки. Во время испытания под имитатором солнечного света устройство проработало 569 часов в режиме максимальной мощности и сохранило более 90% первоначальной эффективности.
Далее исследователи намерены сократить потери напряжения, точнее согласовать работу слоёв и увеличить размер устройства. Затем они планируют оценить работу модулей в условиях, приближенных к реальным, включая воздействие радиации, ультрафиолета, вакуума и температурных циклов для возможного применения в космосе. Отказ от тяжёлых кремниевых пластин также открывает путь к лёгким гибким модулям для крыш, носимой электроники и спутников.
