Новые перовскитные солнечные элементы имеют до 30% КПД и не вредят окружающей среде

Группа исследователей из Автономного университета Керетаро в Мексике разработала новый тип перовскитных солнечных элементов с высокой эффективностью и экологичностью. 

С появлением свинцово-галогенидных перовскитных солнечных элементов впервые удалось достичь показателей эффективности преобразования солнечной энергии в 25-29%. Однако ряд проблем, включая нестабильность, уязвимость к теплу, свету и влаге, а также токсичность свинца, помешали масштабированию технологии. Для преодоления этих ограничений исследователи из Мексики предложили халькогенидные перовскиты, в частности, SrHfSe₃ , обеспечивающие химическую стабильность, способность «настройки» к поглощению света, высокий коэффициент поглощения фотонов и повышенную подвижность положительных зарядов p-типа. 

Новая солнечная батарея была создана из нескольких слоев различных материалов. Изначально в качестве одного из слоев для проведения тока был выбран молибденит. Кроме него было проверено еще 40 различных материалов, от классических полупроводников, до самых современных нанопленок

В исследовании ученые использовали инструмент моделирования SCAPS-1D, разработанный ученым из Гентского университета Марком Бургельманом, и смоделировали 1627 вариаций солнечных элементов в условиях, максимально приближенных к реальным. Ученые пытались максимально оптимизировать ключевые параметры, такие как плотность акцепторных абсорберов, плотность дефектов, толщину и рабочие функции обратного контакта. Оптимизации привели к улучшению поглощения света, минимизации потерь на рекомбинацию, повышение встроенного потенциала и улучшение характеристик переноса заряда.

Среди смоделированных конфигураций наибольшую эффективность продемонстрировали три материала в качестве проводящего слоя: SnS, CPE-K и Ti₂ CO₂ достигая КПД в 27,87%, 27,39% и 26,30% соответственно.

Исследователи объясняют, что усовершенствования, в первую очередь, были обусловлены более высокими плотностями тока короткого замыкания, увеличенным расщеплением квазиуровня Ферми, улучшенной генерацией носителей, более сильными внутренними электрическими полями, улучшенной QE и длиной диффузии. Ученые подчеркивают, что предлагают надежную, стабильную и, главное, экологически безопасную альтернативу обычным перовскитам.

Результаты исследования опубликованы в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells

Источник: TechXplore