Химики смоделировали более полутора тысяч конфигураций солнечных панелей на основе нового материала, свойства которого превзошли качества обычных перовскитов. Более того, он оказался более экологичным и не менее производительным.
Появление свинцово-галогенидных перовскитных солнечных элементов (LHPSC) стало прорывом в фотоэлектрической промышленности благодаря рекордным значениям коэффициента полезного действия. Они достигают выдающихся показателей эффективности преобразования энергии: 25% в однопереходных фотоэлементах и 29% в монолитных тандемных конфигурациях.
Однако, как отметили в своей работе ученые из Автономного университета Керетаро (Мексика), традиционные перовскитные солнечные панели обладают и целым рядом недостатков: токсичностью свинца, недолговечностью и высокой нестабильностью. Это, в свою очередь, «тормозит» их широкое применение.
Химики поставили задачу найти альтернативные материалы, которые сочетали бы в себе уникальные свойства свинцово-галогенидных перовскитных солнечных элементов с нетоксичной природой оксидных перовскитов. Ученые взяли за основу солнечных элементов халькогенидные перовскиты (SrHfSe 3) — эти полупроводниковые материалы химически стабильны и эффективно преобразуют солнечную энергию в электрическую.
Исследователи создали солнечную батарею из нескольких слоев различных материалов, а в качестве дырочного проводника использовали дисульфид молибдена (MoS2). Затем его последовательно заменяли слоями из неорганических полупроводников, полимеров и максенов (двумерных наноматериалов, состоящих из карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов).
С помощью программы моделирования солнечных батарей SCAPS-1D химики разработали 1627 конфигураций устройств на основе нового перовскита SrHfSe 3 CPs. В процессе работы ученые могли оптимизировать решающие параметры, приближенные к условиям реальной эксплуатации. Исследование показало, что халькогенидные перовскиты могут демонстрировать повышенную производительность. Лучшие результаты среди протестированных материалов оказались у трех проводящих слоев: SnS — КПД 27,87%, CPE-K — 27,39% и Ti2CO2 — 26,3%.
Научная работа опубликована в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.