Команда инженеров из Хуачжунского университета науки и технологий в Китае разработала, создала и провела независимые испытания полностью перовскитного тандемного солнечного элемента, который установил новый рекорд эффективности. Результаты их работы были опубликованы в журнале Nature Communications.

Перовскитные тандемные солнечные элементы представляют собой устройства, которые объединяют два материала для захвата более широкого спектра солнечного света, тем самым повышая эффективность преобразования энергии. Обычно они изготавливаются путём соединения верхней части из перовскита с нижней частью из другого материала, например, кремния или другого варианта перовскита.

Перовскит — это минерал, состоящий в основном из титаната кальция. Производители солнечных батарей тестируют использование перовскита в качестве замены кремнию, поскольку он менее дорогой, более эффективный и простой в изготовлении, а также позволяет создавать солнечные батареи неровной или даже гибкой конфигурации.

Однако использование перовскита в коммерческих приложениях было ограничено трудностями в производстве поверхностей панелей без дефектов, которые вызывают потерю неизлучательной энергии, снижая эффективность ячейки. В новой работе исследовательская группа нашла способ создания ячеек с использованием материала с гораздо меньшим количеством дефектов, что привело к рекордной эффективности.

Разработанный метод реконструкции поверхности уменьшает дефекты поверхности в верхней части ячейки перовскита. Метод использует BDA и EDAI 2 для модификации (полировки) поверхности ячейки.

Благодаря этому команда смогла создать смешанную перовскитную плёнку Sn–Pb с меньшим количеством дефектов, чем те, которые были созданы с использованием других технологий или материалов. Это позволило улучшить транспорт носителей заряда и сократить потери энергии в транспортном слое.

Чтобы протестировать новую технологию, исследователи создали и отполировали верхнюю ячейку, которая служила поглощающим свет слоем. Затем они поместили её поверх слоя переноса электронов, сделанного из C60, со слоем переноса дырок, сделанным из PEDOT:PSS. Затем они добавили золотые контакты.

Тестирование показало, что эффективность преобразования энергии ячейки составляет 28,49%, что было подтверждено независимо. Кроме того, ячейка продемонстрировала долговечность, продолжая работать в оптимальном режиме после 550 часов непрерывной работы.