Исследователи из Центра имени Гельмгольца в Берлине (HZB) совершили значимый прорыв в области фотовольтаики, разработав новую трехслойную перовскитную солнечную батарею. Устройство демонстрирует впечатляющее сочетание высокой эффективности и улучшенной долговечности, что долгое время оставалось главной преградой для коммерческого внедрения подобных технологий.
Изображение: Laura Canil / HZB
Данная разработка представляет собой тройной солнечный элемент. В отличие от стандартных кремниевых панелей, работающих с одним светопоглощающим материалом, новая архитектура использует три слоя перовскита с различной шириной запрещенной зоны. Такая конструкция позволяет каждому слою эффективно улавливать свою часть солнечного спектра, значительно увеличивая общий коэффициент полезного действия.
Рекордные показатели эффективности и стабильности
В ходе лабораторных испытаний новый образец достиг КПД 27,3%. При этом устройство показало высокую стойкость к износу: после 770 часов непрерывной работы панель сохранила более 90% своей первоначальной производительности.
Перовскитные элементы традиционно сталкивались с проблемой быстрой деградации под воздействием кислорода, влаги и интенсивного излучения. Одним из наиболее слабых мест в подобных конструкциях был полимерный слой, отвечающий за перенос заряда. Он не только снижал светопропускание, но и подвергался быстрому разрушению в процессе эксплуатации.
Инновационная защита перовскитных слоев
Команда HZB нашла решение, заменив полимерный слой на комбинацию из сверхтонкого самоорганизующегося молекулярного слоя (SAM) и нанометрового слоя оксида графена (GO).
- SAM формирует упорядоченную молекулярную структуру для лучшего контакта между слоями.
- Оксид графена помогает свести к минимуму электрические потери и усиливает общую стабильность системы.
Такой подход обеспечивает дополнительный защитный барьер для перовскитного слоя, состоящего из смеси олова и свинца. Ранее этот материал считался наиболее уязвимым, однако новая архитектура эффективно замедляет процессы разрушения, вызванные внешним воздействием.
Руководитель исследования, профессор Стив Альбрехт, отмечает, что представленная технология обладает значительным потенциалом для дальнейшего развития. По его прогнозам, после завершения оптимизации отдельных перовскитных слоев эффективность подобных солнечных элементов способна преодолеть отметку в 30%.
