Перовскитные солнечные элементы почти сравнялись с кремниевыми

Российские и зарубежные ученые предложили новый подход к получению перовскитных солнечных элементов с большой площадью, а также с высокой эффективностью и долговечностью. Метод позволит увеличить площадь перовскитных фотоэлементов до 27,22 см², а эффективность — около 23%, что сравнимо с кремниевыми панелями. Методика позволяет серьезно упростить создание перовскитных солнечных элементов, а самим элементам — стать одним из ключевых преобразователей солнечной энергии в электричество. Исследование опубликовано в журнале Nature, сообщает пресс-служба МГУ имени М. В. Ломоносова.

В новом исследовании речь идет о технологии создания самых перспективных на сегодня перовскитных солнечных батарей, в основе которых применяется формамидиниевый свинцовый иодид. Он обладает оптимальными физико-химическими свойствами для применения в перовскитных солнечных батареях. Однако остаются сложности.

«Оптимальные свойства формамидиниевые свинцовые перовскиты проявляют в так называемой “черной” фазе, или альфа-фазе. Однако альфа-фаза по разным причинам может деградировать в неактивную дельта-фазу. К тому же в процессе кристаллизации перовскита могут появляться микро- и макродефекты. Чем больше дефектов, тем менее долговечна батарейка. Поэтому процесс кристаллизации нужно оптимизировать, и это самое горячее на сегодня направление работы», — рассказала Ольга Сызганцева, старший научный сотрудник лаборатории квантовой фотодинамики химического факультета МГУ.

Один из способов оптимизации — введение в систему дополнительных веществ, которые совершенствуют процесс кристаллизации, обеспечивают равномерную зернистость и сильно уменьшают количество дефектов. Ноу-хау этой работы в том, что одновременно применялось соединение, которое встраивается в твердую фазу, а также еще одно, представляющее собой ионную жидкость (жидкость, состоящую исключительно из ионов), управляющую процессом кристаллизации.

«Ионная жидкость способствует формированию кристаллизационных центров, что в итоге делает пленку более однородной и содержащей меньшее количество дефектов. А следовательно, более долговечной и эффективной», — отметила Ольга Сызганцева.

По словам автора, экспериментальной части группы удалось решить одну фундаментальную проблему, что привело к серьезному продвижению в области коммерциализации перовскитных фотоэлементов. «До сих пор не удавалось сделать достаточно высокоэффективные стабильные пленки площадью более 1,5 см². А в данном случае применение ионной жидкости привело к тому, что площадь одной стабильной ячейки выросла до 27,22 см². Это очень серьезное масштабирование, выдающийся результат, — подчеркнула Ольга Сызганцева. — Причем сертифицированная мощность модуля 23,30%, а стабилизированная — 22,97%. Так что после тысячи часов непрерывной работы эффективность модуля сохраняется на уровне 94,66%. Непрерывность в данном случае очень важна, потому что известно, что перовскиты в солнечных элементах деградируют гораздо медленнее, если световая нагрузка идет не непрерывно, а периодами (день/ночь)».

Современные солнечные элементы на основе кремния даже в лабораторных условиях дают КПД 24–27%. То есть эффективность перовскитных элементов достигла уровня кремниевых. Но стоимость их производства на порядки ниже.