Тандемный солнечный элемент из одного лишь перовскита показал рекордные характеристики

Группа учёных представила интересный тандемный солнечный фотоэлемент, оба слоя которого были выполнены из перовскита. Это нетривиальное решение, поскольку обычно один из слоёв в тандемных элементах кремниевый, а другой перовскитный, что позволяет извлекать энергию из разных диапазонов солнечного света. На удивление, тандем из двух разных перовскитов показал рекордную эффективность даже без кремния.

Источник изображения: Aaron Demeter

Серьёзно перовскитом в области фотовольтаики начали заниматься около 10 лет назад. В 2009 году первые фотоячейки из таких минералов едва достигали КПД на уровне 4 %. В 2021 году эффективность элементов из перовскита поднялась до 25 % и преодолела эту отметку, что позволило ему соперничать с кремнием. При этом ячейки из перовскита дешевле в производстве, теоретически устойчивее к износу и могут быть гибкими, чего не скажешь о кремнии. А в паре с кремнием тандемные элементы с перовскитом добились абсолютного рекорда по эффективности, впервые преодолев отметку в 30 % КПД летом этого года.

Для нового исследования группа инженеров создала и испытала полностью перовскитный тандемный солнечный элемент. Для этого они объединили в одном элементе две версии одного и того же материала.

«В нашей ячейке верхний слой перовскита имеет более широкий зазор, который хорошо поглощает ультрафиолетовую часть спектра, а также немного видимого света, — говорят авторы работы. — Нижний слой имеет узкую полосу пропускания, которая больше настроена на инфракрасную часть спектра. Благодаря этому мы охватываем больше спектра, чем это было бы возможно при использовании кремния».

Созданный командой прототип площадью 1 см² имел максимальную эффективность 27,4 %, что на 1,1 % выше официально зарегистрированного КПД для этого типа ячеек (26,3 %). Однако исследователи не стали регистрировать новый рекорд, чем занимается независимая экспертиза NREL.

Зато гарантированный рекорд подтверждён в достигнутом ячейкой напряжении — это 2,19 электронвольт напряжения разомкнутой цепи ячейки, что является самым высоким показателем среди всех тандемных солнечных элементов на основе перовскита.

Следует отметить, что оба этих впечатляющих показателя были получены благодаря внесению тонкого слоя такого химического вещества, как 1,3-пропандиаммония (PDA) между светопоглощающим слоем перовскита и слоем, который переносит электроны. Этот добавочный слой выровнял поверхностный заряд фотоячейки и включил в работу электроны на всей её поверхности.

Учёные говорят, что дальнейшая работа будет направлена на повышение эффективности солнечного элемента за счет повышения его стабильности, увеличения силы тока и увеличения размера элемента.