На данный момент на рынке доминируют кремниевые солнечные батареи, однако их высокая стоимость и ограниченные запасы сырья подталкивают ученых к поиску альтернативных материалов. И одним из самых перспективных вариантов считаются перовскиты — у них хорошие фотоэлектрические свойства, но пока что они уступают кремнию из-за ряда проблем. В частности, у таких батарей относительно низкий КПД, а также они достаточно быстро деградируют.
В своем новом исследовании ученые из Китая и Франции сфокусировались на совершенствовании пленок, из которых состоят перовскитные солнечные элементы. Добавка в пленку на основе иодида формамидиния небольшого количества пирродиазола позволила повысить ее устойчивость в процессе кристаллизации.
Анализ показал, что добавка способствовала формированию более прочных связей между PbI₂ и атомами водорода, что позволило улучшить структуру материала. Также добавка помогла уменьшить коллоидную агрегацию, благодаря чему пленка стала более однородной, в ней оказалось меньше дефектов, а значит, снизилась вероятность ее деградации. Пленки с новым составом оказались не только более стабильными, но и гораздо более энергоэффективными.
На основе модифицированных пленок при помощи технологии покрытия методом slot-die в открытой воздушной среде ученые разработали полноценный солнечный элемент. Этот подход позволяет существенно упростить и удешевить массовое производство перовскитных солнечных батарей, а также сделать их более конкурентоспособными по сравнению с традиционными кремниевыми.
Результаты тестирования показали, что солнечные элементы, созданные по новой методике, достигли пикового КПД в 21,5%, а сертифицированный показатель эффективности составил 20,3%. Эти значения являются одними из самых высоких среди всех перовскитных фотоэлементов, произведенных на сегодняшний день. Кроме того, батареи оказались весьма долговечными: после 1000 часов работы под прямым светом при влажности 65% они сохранили 94% первоначальной эффективности.
Результаты лабораторных экспериментов уже получили подтверждение Национального института метрологии и тестирования Китая. Ученые уверены, что их методика сделает перовскитные солнечные элементы более надежными и рентабельными, и тем самым поможет приблизить коммерческое использование. В перспективе дальнейшая оптимизация состава пленок и производственных процессов может открыть дорогу к широкому внедрению перовскитных технологий в энергетике.
Ранее ученые создали батарею, преобразующую ядерные отходы в электричество.