Традиционные кремниевые солнечные панели жесткие, тяжелые и требуют высокотемпературного производства. Специалисты из Института химии Китайской академии наук сосредоточились на фотоэлементе. Верхний слой состоит из перовскита, кристаллического материала, который можно настраивать под разные цвета света. Нижний — из органических полупроводников. Перовскитовый слой поглощает высокоэнергетичное ультрафиолетовое излучение, а органический — ближний инфракрасный свет. Вместе они покрывают гораздо более широкий диапазон солнечного спектра, чем обычные фотоэлементы.
Гибридные солнечные элементы долго страдали от внутренней химической нестабильности. Чтобы поглощать нужные цвета, в перовскитный слой добавляют галогениды — йодид и бромид. Но эти компоненты имеют привычку разделяться: сначала при формировании пленки, а затем — при длительной работе на солнце. Возникают микроскопические дефекты, и элемент быстро деградирует. Китайские ученые решили эту проблему с помощью умной добавки, сообщает China Daily.
Секрет — в специальной добавке, молекуле TDB (photo-transformable additive). Она действует как двухступенчатый стабилизатор. На первом этапе, при изготовлении, TDB регулирует процесс кристаллизации, помогая йодиду и бромиду смешиваться равномерно. На втором этапе, когда солнечный элемент уже работает под солнцем, свет заставляет молекулы TDB на границах кристаллов трансформироваться и прочно связываться с поверхностью, блокируя миграцию галогенидов и предотвращая образование дефектов. Материал как бы сам ставит защиту под воздействием света.
Оптимизированный перовскитный слой показал рекордное напряжение разомкнутой цепи — 1,42 вольта. Это лучший показатель для этого класса ячеек.
При полной интеграции в тандемный элемент была достигнута эффективность 28,80%, а сертифицированная устойчивая эффективность составила 28,04%. Но главное — устройство сохранило 90% своей первоначальной производительности после 625 часов непрерывного освещения. Это доказывает, что высокая эффективность не обязательно идет в ущерб долговечности.
Сверхлегкие, гибкие элементы могут быть интегрированы в окна зданий, носимую электронику, дроны и портативные зарядные устройства. Но особенно перспективно их применение в космосе: малый вес и гибкость делают их идеальными для питания спутников, космических станций и зондов, отправляющихся в дальний космос. В отличие от хрупких кремниевых панелей, их можно сворачивать, упаковывать и разворачивать в условиях микрогравитации.
Исследователи из Германии и Испании разработали быстрый метод нанесения перовскитовых слоев на текстурированные кремниевые подложки для создания тандемных солнечных элементов. Технология CSS позволяет осаждать равномерные слои всего за 10 минут и работает на гладких, наноструктурированных и микроструктурированных поверхностях без перенастройки параметров.
