Ученые из университетов Нанкина (Китай) и Торонто (Канада) изготовили полностью перовскитные каскадные солнечные батареи, чья эффективность превосходит показатели существующих аналогов.
Результаты исследования представлены в Nature Energy, сообщает techxplore.com. Эффективность превращения света в электричество устройств с маленькой площадью поверхности достигла 24,8%, большой – 22,1%.
«Начальной идеей было создание полностью перовскитной каскадной батареи, превосходящей производительность систем с одним переходом», — сказал Хайрен Тан.
Каскадные устройства включают материалы с широкой (около 1,8 эВ) и узкой (1,2 эВ) запрещенной зоной. Комбинация обеспечивает повышение эффективности без удорожания производства. Но для создания системы требуется найти способ улучшения производительности каждой подбатреи и синергетического интегрирования запрещенных зон.
«К несчастью, прошлые узкозонные свинцово-оловянные изделия имели низкий КПД (18-20%) и плотность тока короткого замыкания (28-30 мА/кв. см), — сказал Тан. – Батареи не реализовывали свой потенциал».
Причиной плохой производительности оказался ключевой компонент перовските, Sn2+, активно окисляющийся в Sn4+. Изменения создавали в пленках высокую концентрацию ловушек и малые длины диффузии носителей.
«Нашей целью было поиск стратегии борьбы с этими проблемами, — сказал Тан. – Вакансии Sn в смешанных перовскитах обычно возникают из-за Sn4+. Мы предположили, что предотвращение окисления в сырьевом растворе значительно увеличит длину диффузии носителей».
Ученые представили новый химический подход на основе реакции со-пропорционирования. Она обеспечила диффузионную длину в 3 мкм, и, соответственно, рекордную производительность полностью перовскитных каскадных батарей.
«Проект также показал, что электронное качество содержащих олово материалов можно сравнить с показателями галоидных аналогов, по эффективности соответствующих кремниевым установкам, — сказал Тан. – Уверен, каскадные системы предложат путь к очень дешевым и мощным солнечным устройствам».
Батарея сохраняла 90% производительности после 400 ч работы на максимальных параметрах. КПД устройств малой площади (0,049 кв. см) составлял 24,8%, большой (1,05 кв. см) – 22,1%. Авторы хотят довести показатель до 28%.
