Земля получает от Солнца в 200 000 раз больше энергии, чем потребляет весь мир. Поэтому солнечная энергия — один из главных способов снизить зависимость от угля и нефти. Чтобы сделать солнечные панели эффективнее, используются перовскитные солнечные элементы. Но широкому внедрению перовскитов мешают энергопотери и недостаточная стабильность. Эти ограничения связаны в первую очередь с трудностями интеграции перовскитов с широкозонными (WBG) полупроводниками — материалами, которые поглощают высокоэнергетическое излучение и повышают общую эффективность системы.

Широкозонные материалы поглощают свет высокой энергии, пропуская при этом свет с низкой энергией. Однако эти материалы подвержены фазовой сегрегации — со временем разные части материала разделяются, и его производительность падает. Для решения проблемы предлагалось добавлять рубидий. Но этот элемент часто образует нежелательные вторичные фазы, что ограничивает его способность укреплять структуру перовскита.

Однако ученые смогли точно настроить состав материала. Они использовали метод быстрого нагрева с последующим контролируемым охлаждением. Это создало напряжение в кристаллической решетке, которое не позволило рубидию образовать ненужные дополнительные вещества и сохранило его внутри кристаллической структуры.

Исследователи подтвердили эффективность метода с помощью рентгена, ядерного магнитного резонанса и компьютерного моделирования. Результаты показали, что созданное в материале напряжение надежно удерживает рубидий и предотвращает образование примесей. Оказалось, что важную роль в укреплении играют ионы хлора. Хлор помогает уравнять разницу в размерах между разными элементами. В результате ионы располагаются равномернее, сокращается число дефектов, и материал становится более устойчивым.

Во время испытаний материал показал напряжение холостого хода 1,30 В — 93,5% от теоретического максимума. Это один из лучших результатов по минимизации энергопотерь среди широкозонных перовскитов. Также отмечен рост квантового выхода фотолюминесценции (PLQY), что подтверждает высокую эффективность преобразования солнечной энергии в электричество.

Уменьшение энергопотерь в перовскитных солнечных элементах улучшит работу панелей и удешевит их, особенно в тандеме с кремнием. Разработка применима в светодиодах, сенсорах и других оптоэлектронных устройствах.