Взаимодействие между компонентам перовскитовой структуры определяет достижимый диапазон энергий. Однако прежде исследователям не удавалось найти рецепт перовскитового фотоэлемента со сверхшироким диапазоном и высокой эффективностью. Ученые из Сингапура разработали трехпереходный солнечный элемент из перовскита и кремния с наивысшей на сегодня эффективностью преобразования 27,1%. Такой успех стал возможен благодаря использованию цианата.
Солнечные элементы можно изготавливать из более чем двух слоев и собирать в многопереходные ячейки, добиваясь тем самым роста производительности. Все слои такого элемента состоят из разных материалов и поглощают разный диапазон энергии солнца. Однако, как пишет Science Daily, современные многопереходные технологии не могут пока избавиться от ряда недостатков: потери напряжения, нестабильной работы.
Команда специалистов из Национального университета Сингапура экспериментировала с новым видом псевдогалоида — цианатами — как заменой бромидов. Интегрировав цианат в атомную структуру перовскитов, ученые получили первые экспериментальные подтверждения того, что цианаты помогают стабилизировать структуру и формировать ключевые связи внутри перовскитов. Таким образом, они могут считаться эффективной заменой галоидов в перовскитовых солнечных ячейках.
Оценка производительности нового фотоэлемента показала, что перовскитовый элемент с цианатом может достичь более высокого напряжения — 1,422 В по сравнению с 1,357 В у обычных перовскитовых фотоэлементов — и существенного снижения потери энергии.
Ученые испытали элемент в лабораторных условиях. После 300 часов работы при максимальной мощности он сохранил стабильность и работал с производительностью 96%. Впечатленные этим результатом, исследователи собрали на его основе трехпереходную перовскит-кремниевую солнечную ячейку. Несмотря на сложность конструкции, она продемонстрировала высокую надежность и эффективность преобразования на рекордно высоком уровне 27,1%.
Теоретически трехпереходные перовскит-кремниевые фотоэлементы могут достигать эффективности более 50%, так что ученые продолжают работу.
Разработка сингапурской команды побила недавний рекорд ученых из Германии, которым удалось создать такой же трехпереходный солнечный элемент с эффективностью 24,4%.
