Нові перовскітні сонячні елементи мають до 30% ККД та не шкодять довкіллю

Група дослідників з Автономного університету Керетаро у Мексиці розробила новий тип перовскітних сонячних елементів з високою ефективністю і екологічністю.

Із появою свинцево-галогенідних перовскітних сонячних елементів вперше вдалось досягти показників ефективності перетворення сонячної енергії у 25-29%. Однак низка проблем, включно із нестабільністю, вразливістю до тепла, світла та вологи, а також токсичність свинцю, завадили масштабуванню технології. Для подолання цих обмежень дослідники з Мексики запропонували халькогенідні перовскіти, зокрема,SrHfSe₃ , що забезпечують хімічну стабільність, здатність «налаштування» до поглинання світла, високий коефіцієнт поглинання фотонів і підвищену рухливість позитивних зарядів p-типу.

Нову сонячну батарею було створено з кількох шарів різних матеріалів. Початково у якості одного з шарів для проведення струму було обрано молібденіт. Окрім нього було перевірено ще 40 різних матеріалів, від класичних напівпровідників, до найсучасніших наноплівок.

У дослідженні вчені використовували інструмент моделювання SCAPS-1D, розроблений науковцем з Гентського університету Марком Бургельманом, і змоделювали 1627 варіацій сонячних елементів за умов, максимально наближених до реальних. Науковці намагались максимально оптимізувати ключові параметри, такі як щільність акцепторів абсорберів, щільність дефектів, товщину та робочі функції зворотного контакту. Оптимізації призвели до поліпшення поглинання світла, мінімізації втрат на рекомбінацію, підвищення вбудованого потенціалу та покращення характеристик перенесення заряду.

Серед змодельованих конфігурацій найбільшу ефективність продемонстрували три матеріали у якості провідного шару: SnS, CPE-K и Ti₂ CO₂ , досягаючи ККД у 27,87%, 27,39% и 26,30% відповідно.

Дослідники пояснюють, що вдосконалення, впершу чергу, були обумовлені вищими щільностями струму короткого замикання, збільшеним розщепленням квазірівня Фермі, покращеною генерацією носіїв, сильнішими внутрішніми електричними полями, покращеною QE та довжиною дифузії. Науковці підкреслюють, що пропонують надійну, стабільну і, головне, екологічно безпечну альтернативу звичайним перовскітам.