Европейские ученые предложили конструкцию солнечных батарей, в основе которой лежит монолитный слой из двух материалов — перовскита и кремния. Общая эффективность преобразования света в электричество составила более 29%, а стоимость производства при этом не возросла.
(A) — схематичное изображение тандемной монолитной ячейки солнечной батареи на основе перовскита и кремения; (B) — фотография такой ячейки, сделанная при помощи сканирующего электронного микроскопа / ©Monolithic perovskite/silicon tandem solar cell with >29% efficiency by enhanced hole extraction, Amran Al-Ashouri1, Eike Köhnen et al., Science 11 Dec 2020: Vol. 370, Issue 6522, pp. 1300-1309, DOI: 10.1126/science.abd4016
Научная работа с описанием исследования и результатами эксперимента опубликована в журнале Science. Ее авторы — ученые из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Helmholtz-Zentrum Berlin, Германия), Потсдамского университета (Германия) и Шеффилдского университета (Великобритания), а также специалисты из Каунасского технологического университета (Литва) и Люблянского университета (Словения).
В теоретической части исследования рассматриваются перспективы повышения эффективности существующих технологий производства солнечных панелей. Материалы со структурой перовскитов не первый год привлекают внимание ученых в качестве альтернативы кремнию. Однако фотоэлектрические преобразователи этого типа получаются либо токсичными при разрушении (на основе свинца), либо недостаточно эффективными (на основе олова). При этом они все равно могут быть существенно дешевле кремниевых солнечных батарей.
Гипотетически существует множество способов радикально поднять эффективность фотоэлектрических преобразователей на основе перовскитов. Но до сих пор большинство из них так и не вышли за стены лабораторий. Также высказывались предложения объединить кремний и перовскиты в тандемный монолитный слой. Подобный материал может иметь высокую эффективность при преобразовании света в электричество.
Авторы описываемой научной работы подобрали необходимые химические соединения для такой батареи. Свои теоретические выкладки они проверили на экспериментальном образце. Фотопреобразователь выдавал стабильное напряжение в 1,92 вольта и продемонстрировал эффективность 29,15%. При этом, несмотря на отсутствие защитного покрытия, активный слой сохранил характеристики на 95% во время испытаний длительностью 300 часов.
В будущих исследованиях ученые планируют решить несколько прикладных и теоретических задач. Во-первых, еще при работе над этой статьей у команды появилось несколько идей повысить эффективность фотопреобразователя. А во-вторых, необходимо отладить технологический процесс производства и проверить, насколько легко его можно реализовать в промышленных масштабах. Результаты эксперимента показывают, что при сравнимой стоимости с кремниевыми солнечными батареями новые тандемные с перовскитом будут эффективнее и не менее долговечными.
