Ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL) продемонстрировали оловянно-свинцовый перовскитовый элемент, который преодолевает проблемы со стабильностью и повышает эффективность. Новая ячейка, представляющая собой тандемную конструкцию с двумя слоями перовскитов, показала эффективность 25,5%.
Перовскиты стали высокоэффективным материалом для солнечных элементов, но исследования продолжаются, чтобы сделать эту технологию более долговечной.
Новый элемент NREL сохранил 80% своей максимальной эффективности после 1500 часов непрерывной работы или более 62 дней.
«Это представляет собой тест на ускоренное старение в лаборатории», — сказал Кай Чжу, старший научный сотрудник NREL и соавтор новой статьи с подробным описанием исследования. «При таком уровне эффективности тандема наилучшая стабильность, описанная в литературе, обычно составляет несколько сотен часов».
Подробности о новой ячейке изложены в статье «Управление носителями в перовскитах Sn-Pb с узкой запрещенной зоной с помощью двумерной катионной инженерии для полностью перовскитных тандемных солнечных элементов с улучшенной эффективностью и стабильностью», опубликованной в журнале Nature Energy.
Перовскит относится к кристаллической структуре , а не к конкретному элементу, такому как кремний, а солнечные элементы сделаны из химического раствора, прикрепленного к подложке. Два соответствующих автора, Кай Чжу и Цзиньхуи Тонг, заявили, что тандемная перовскитовая ячейка, в которой два слоя соединены для захвата немного разных частей солнечного спектра, может иметь эффективность более 30%.
Другими соавторами из NREL являются Ци Цзян (соавтор), Эндрю Фергюсон, Аксель Палмстром, Джи Хао, Шон Данфилд, Эми Лукс, Стивен Харви, Хайпэн Лу, Райан Франс, Фей Чжан, Мэнджин Ян, Джон Гейз, Мэтью Бирд, Дариус Куциаускас и Джозеф Берри. Другие участники из Университета Колорадо-Боулдер и Университета Толедо.
Многие из этих исследователей продемонстрировали в статье 2019 года, опубликованной в журнале Science , тандемную перовскитную ячейку олово-свинец с эффективностью, измеренной на уровне 23,1%. Они компенсировали любые проблемы, вызванные оловом, добавив тиоцианат гуанидиния химического соединения, что привело к заметному улучшению структурных и оптоэлектронных свойств элемента. Солнечные элементы вырабатывают электричество, когда солнечный свет вызывает движение электронов. Более длительный срок службы носителя, связанный с движением, повышает эффективность ячейки. Добавление тиоцианата гуанидиния увеличило время жизни носителей с менее чем 200 наносекунд (каждая наносекунда составляет миллиардную долю секунды) до 1 микросекунды (или миллионной доли секунды).
Улучшив этот более ранний эксперимент, ученые добавили йодид фенетиламмония вместе с тиоцианатом гуанидиния. В улучшенном оловянно-свинцовом перовските время жизни носителей увеличилось примерно до 9 микросекунд. Комбинированные добавки также снизили плотность дефектов, связанных с окислением олова, до уровня, беспрецедентного для оловянно-свинцовых перовскитов и аналогичного значениям для перовскитов, содержащих только свинец.
Новый элемент также продемонстрировал улучшение генерируемого напряжения до 2,1142 вольта. Для сравнения, лучшее сертифицированное тандемное устройство зарегистрировало 2,048 вольта.
