Исследователи из Автономного университета Керетаро (Мексика) представили новейший тип перовскитных солнечных элементов, которые сочетают высокую эффективность с безопасностью для окружающей среды. По их словам, эти инновационные разработки способны обеспечить коэффициент полезного действия (ККД) до 30%.
Об этом сообщает ProIT
Халькогенидные перовскиты: прорыв в экологичности и стабильности
Традиционные свинцово-галогенидные перовскитные элементы ранее достигали эффективности в пределах 25–29%, однако оставались уязвимыми к воздействию влаги, тепла и света, а также содержали токсичный свинец. Чтобы решить эти проблемы, ученые предложили использовать халькогенидные перовскиты, в частности SrHfSe3. Этот материал отличается устойчивостью к химическим воздействиям, возможностью настройки свойств поглощения света, высоким коэффициентом поглощения фотонов и лучшей подвижностью положительных носителей заряда p-типа.
Структура новой солнечной батареи состоит из нескольких функциональных слоев. На начальном этапе для проводящего слоя использовали молибденит, однако в рамках исследования ученые протестировали еще 40 различных материалов, среди которых как классические полупроводники, так и современные наноматериалы.
Результаты моделирования и перспективы технологии
Используя программу SCAPS-1D, разработанную ученым Марком Бургельманом из Гентского университета, команда смоделировала 1627 различных вариантов солнечных элементов, приближенных к реальным условиям эксплуатации. Особое внимание уделили оптимизации плотности акцепторов, дефектов, толщины слоев и рабочих характеристик контактов. Улучшение этих параметров позволило повысить эффективность поглощения света, уменьшить потери из-за рекомбинации, усилить потенциал и улучшить перенос заряда внутри элемента.
Лучшие результаты среди проводящих слоев показали материалы SnS (27,87% ККД), CPE-K (27,39%) и Ti2CO2 (26,30%). По словам ученых, ключевыми факторами роста эффективности стали повышенные плотности тока короткого замыкания, увеличенное расщепление квазирівня Ферми, улучшенное образование носителей заряда, усиление внутренних электрических полей, увеличенная квантовая эффективность и длина диффузии.
Прорыв в создании перовскитных солнечных батарей — наносятся на сложные поверхности и работают в 10 раз дольше
Исследователи подчеркивают, что их подход открывает путь к созданию более надежных, стабильных и экологически безопасных солнечных элементов, которые могут заменить традиционные перовскиты и существенно расширить применение солнечной энергетики в мире. Все результаты описаны в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.