Инженеры разработали новую перовскитную тандемную солнечную батарею, которая выдает рекордное напряжение и может похвастаться рекордной эффективностью. Батарея использует два слоя перовскита, которые поглощают свет с разной длиной волны. Также специальная обработка поверхности уменьшает потери энергии.
Перспективный материал
В области фотоэлектрики перовскит является одним из самых перспективных материалов. Он отлично поглощает энергию солнечного света, при этом батареи из него могут быть тоньше, легче, гибче и дешевле в производстве, чем кремниевые. Эффективность перовскитных батарей постоянно растет. В 2009 году она составляла 4%, но в 2021 ученым удалось добиться эффективности в 25%, что позволяет перовскитным батареям всерьез конкурировать с кремниевыми.
Еще лучше перовскит работает в так называемых “тандемных ячейках”, где несколько слоев материалов укладываются друг на друга для сбора света с различными длинами волн. Так, тандемные солнечные элементы, сочетающие перовскит и кремний недавно достигли эффективности в 30%. Но, учитывая, что кремний становится все более дефицитным, ученые ищут способ полностью от него отказаться.
Недавно ученым удалось создать и испытать батарею, которая решает эту проблему. Это тандемная ячейка, в которой оба слоя изготовлены из перовскита.
Как это работает?
Ученые заметили, что, меняя толщину слоя и корректируя химический состав перовскита, можно заставить его по-разному реагировать на различные части солнечного спектра. Учитывая это, оба слоя тандемной солнечной батареи могут быть изготовлены из перовскита, но при этом они будут работать так, как будто перед нами “бутерброд” из двух разных материалов.
«В нашей ячейке верхний слой перовскита имеет более широкую полосу пропускания, которая хорошо поглощает ультрафиолетовую часть спектра, а также часть видимого света. Нижний слой имеет узкую полосу пропускания, которая настроена на поглощение инфракрасной части спектра. Таким образом, мы покрываем больше спектра, чем было бы возможно с помощью кремния», - поясняет Чунвэнь Ли, соавтор исследования.
Тесты показывают, что цельноперовскитный тандемный солнечный элемент размером 1х1 см. Выдает максимальную эффективность в 27,4%, что можно считать рекордом для перовскитных солнечных батарей. Кроме того, ячейка выдает рекордно высокое напряжение в 2,19 вольта.
Этого удалось добиться благодаря покрытию, нанесенному между перовскитным светопоглощающим слоем и слоем, который снимает электроны. Команда обнаружила, что электрическое поле не было согласовано на поверхности перовскита. Проще говоря, электроны метались хаотично и терялись в цепи. Добавив в ячейку тонкий слой материала под названием “1,3-пропандиаммоний” (PDA), ученым удалось “выровнять” движение электронов, повысив напряжение и эффективность ячейки.
Теперь команда планирует сосредоточиться на том, чтобы сделать солнечную батарею более живучей и увеличить ее площадь.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
