Дослідники з Автономного університету Керетаро (Мексика) представили новітній тип перовскітних сонячних елементів, які поєднують високу ефективність із безпечністю для довкілля. За їхніми словами, ці інноваційні розробки здатні забезпечити коефіцієнт корисної дії (ККД) до 30%.
Про це розповідає ProIT
Халькогенідні перовскіти: прорив у екологічності та стабільності
Традиційні свинцево-галогенідні перовскітні елементи раніше досягали ефективності у межах 25–29%, проте залишалися вразливими до впливу вологи, тепла та світла, а також містили токсичний свинець. Щоб вирішити ці проблеми, вчені запропонували використовувати халькогенідні перовскіти, зокрема SrHfSe3. Цей матеріал відзначається стійкістю до хімічних впливів, можливістю налаштування властивостей поглинання світла, високим коефіцієнтом поглинання фотонів і кращою рухливістю позитивних носіїв заряду p-типу.
Структуру нової сонячної батареї складено з кількох функціональних шарів. На початковому етапі для провідного шару використовували молібденіт, однак у межах дослідження вчені протестували ще 40 різних матеріалів, серед яких як класичні напівпровідники, так і сучасні наноматеріали.
Результати моделювання та перспективи технології
Використовуючи програму SCAPS-1D, розроблену науковцем Марком Бургельманом з Гентського університету, команда змоделювала 1627 різних варіантів сонячних елементів, наближених до реальних умов експлуатації. Особливу увагу приділили оптимізації щільності акцепторів, дефектів, товщини шарів і робочих характеристик контактів. Поліпшення цих параметрів дозволило підвищити ефективність поглинання світла, зменшити втрати через рекомбінацію, посилити потенціал і покращити перенесення заряду всередині елемента.
Найкращі результати серед провідних шарів показали матеріали SnS (27,87% ККД), CPE-K (27,39%) і Ti2CO2 (26,30%). За словами науковців, ключовими чинниками зростання ефективності стали підвищені щільності струму короткого замикання, збільшене розщеплення квазірівня Фермі, покращене утворення носіїв заряду, посилення внутрішніх електричних полів, збільшена квантова ефективність і довжина дифузії.
Прорив у створенні перовскітних сонячних батарей — наносяться на складні поверхні та працюють у 10 разів довше
Дослідники наголошують, що їхній підхід відкриває шлях до створення більш надійних, стабільних і екологічно безпечних сонячних елементів, які можуть замінити традиційні перовскіти та суттєво розширити застосування сонячної енергетики у світі. Всі результати описано у журналі Solar Energy Materials and Solar Cells.