Перовскит показал максимальный КПД в переходном состоянии

В эксперименте ученые проанализировали эффективность фотоэлектрического преобразования перовскита — скорость, с которой свет конвертируется в электричество, — на разных этапах его производства. Результаты показали, что максимального уровня эффективности удается достичь не при 100%-м превращении соединений в пленку, но при остановке процесса в промежуточной фазе — на 18%. Наивысший показатель КПД не уточняется.

«Мы обнаружили, что фазовый состав и морфология растворителя, который используется для получения пленок, сильно зависят от условий обработки и могут влиять на фотоэлектрическую производительность. Это объясняется молекулярным обменом между органическими галогенидами и диметилсульфоксидом (ДМСО) в промежуточной фазе», — сообщил ведущий автор работы Ян Яо.

В классическом варианте перовскитная пленка состоит из органо-неорганических свинцовых материалов или материалов на основе галагенидов олова. В последние годы перовскит рассматривается в качестве альтернативы кремниевым пластинам, широко используемым в солнечной энергетике. Ключевым преимуществом перовскита является толщина пленки — около 300 нанометров против 200–300 микрометров у кремния. Кроме того, перовскитные батареи могут быть изготовлены с помощью нагревания раствора до 150 °С, что делает их относительно экономичными.

В то же время КПД перовскитных батарей в настоящее время не превышает 22%, что на 3 процентных пункта (п. п.) меньше, чем у кремниевых. Стоимость производства последних также постепенно снижается, тогда как работа перовскита нестабильна на открытом воздухе и предполагает задействование свинца, токсина. Однако сочетание кремния и перовскита может повысить энергоэффективность солнечных батарей до 30%, считает Яо.

Ранее ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса выявили связь между энергоэффективностью перовскитных пленок и нанометровыми фасетами его кристаллов. В ходе экспериментов авторы пришли к выводу, что разница электрического потенциала между гранулами в зависимости от их геометрии составляет 0,6 вольт, при этом «низкоэффективные» фасеты рассеивают фотоэлектрическую производительность. Пленка, сформированная только из «высокоэффективных» фасет, позволила достичь максимального теоретического КПД в 31%.