Эффективность ультратонких солнечных элементов выросла на 18%. Такой прогресс мог занять 60 лет

Инженеры Университета Райса повысили эффективность атомарно тонких солнечных элементов из полупроводниковых перовскитов. Обычно прогресс в этой области измеряется в долях процента.

Авторы новой работы из Инженерной школы Джорджа Р. Брауна Райса выяснили, что солнечный свет сокращает пространство между атомными слоями в 2D перовскитах достаточно, чтобы повысить фотоэлектрическую эффективность материала до 18%.

За 10 лет эффективность перовскитов резко возросла примерно с 3% до более чем 25%”, — сказал Мохите. “Другим полупроводникам потребовалось около 60 лет, чтобы достичь этого. Вот почему мы так взволнованы».

Адья Мохите, сотрудник Инженерной школы Джорджа Р. Брауна Райса

Перовскиты — кристаллы которого имеют псевдокубическую (нарушенную кубическую) структуру. Их потенциал известен уже много лет: они хорошо преобразуют солнечный свет в энергию. Но кристаллы нестабильны, поэтому солнечный свет и влага разрушают их. Авторы отмечают, что 2D-перовскиты обладают огромной стабильностью, но недостаточно эффективно работают, чтобы массово их использовать. 

Поэтому исследователи искали способ сделать их одновременно стабильными и эффективными. Во время работы они выяснили, что в некоторых двумерных перовскитах солнечный свет так сокращает пространство между атомами, что улучшается их способность переносить ток.

Авторы попробовали разместить слой органических катионов между йодидом сверху и свинцом снизу: это усилило взаимодействие между слоями. Ученые провели компьютерное моделирование, оно подтвердило эффективность и работоспособность нового подхода. 

Оба результата показали, что материал, находясь 10 мин под солнечным симулятором, сократился на 0,4% в длину и примерно на 1% в объеме. Это сокращение расстояния приводит к значительному увеличению потока электронов. 

В то же время природа решетки сделала материал менее подверженным деградации, даже при температуре до 80 °C. Исследователи также обнаружили, что решетка быстро вернулась к своему нормальному состоянию, как только свет погас.