Перовскиты представляют собой гибридные соединения, состоящие из галогенидов металлов и органических компонентов. Они демонстрируют большой потенциал в ряде практических приложений, таких как например, лазеры и фотодетекторы, но их основной вклад приходится на солнечные элементы, которые вскоре могут стать более дешевой и эффективной альтернативой кремниевым аналогам.
Одно из препятствий на пути к коммерциализации перовскитных фотоэлементов заключается в том, что их эффективность преобразования солнечной энергии и стабильность работы снижаются по мере увеличения размеров, что затрудняет поддержание высокого КПД в готовом продукте.
Частично проблема связана с электронно-транспортным слоем элемента, обеспечивающим эффективную передачу электронов, которые образуются при поглощении света, на электрод устройства. В перовскитных фотоэлементах такой слой выполняется из мезопористого диоксида титана, который демонстрирует низкую подвижность электронов, а также подвержен неблагоприятным фотокаталитическим явлениям под действием ультрафиолетового света.
В новой публикации журнала Science ученые под руководством профессора Майкла Гретцеля из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и доктора Донг Сук Ким из Корейского института энергетических исследований предложили новое решение, которое позволит повысить производительность и поддерживать ее на высоком уровне в перовскитных солнечных элементах даже в больших размерах. Инновационная идея заключалась в том, чтобы заменить электронно-транспортный слой тонким слоем квантовых точек.
Квантовые точки представляют собой частицы нанометрового размера, которые действуют как полупроводники и при освещении излучают свет определенной длины волны (цвета). Эти уникальные оптические свойства делают их идеальными для использования в различных оптических приложениях, включая фотогальванические устройства.
Ученые заменили электронно-транспортный слой диоксида титана в своих перовскитных элементах тонким слоем квантовых точек оксида олова (IV), стабилизированного полиакриловой кислотой, и обнаружили, что это увеличивает светоулавливающую способность устройств, а также подавляет безызлучательную рекомбинацию — явление снижения эффективности, которое иногда возникает на границе раздела между электронно-транспортным слоем и реальным слоем перовскита.
Используя слой квантовых точек, исследователи показали, что перовскитные солнечные элементы площадью 0,08 квадратных сантиметра достигли рекордной эффективности преобразования энергии 25,7% и высокой стабильности работы, облегчая при этом масштабирование. При увеличении площади поверхности солнечных элементов до 1, 20 и 64 квадратных сантиметров эффективность преобразования энергии составила 23,3, 21,7 и 20,6% соответственно.
