770 часов без деградации. В Германии разработали тройную солнечную ячейку по принципу Биг Мака

Об этом сообщает Interesting Engineering.

За 770 часов непрерывной работы новая ячейка сохранила более 90% первоначальной мощности. Для перовскитных фотоэлементов это рекорд: ранее подобные конструкции быстро теряли эффективность при длительной нагрузке.

Перовскит считается перспективной заменой кремнию, который десятилетиями доминирует на рынке, но уже достиг физического предела эффективности. Этот материал дешев, легок и может наноситься даже на гибкие основы — пластик или ткань. Ячейка от HZB объединяет три перовскитных поглощающих слоя, каждый из которых настроен на определенную часть солнечного спектра, благодаря чему она улавливает значительно больше света, чем однослойный кремниевый аналог.

Слабым местом таких ячеек был полимерный слой PEDOT:PSS, обеспечивающий перенос заряда между подячейками. Он плохо пропускает свет и быстро разрушается. Команда HZB заменила его самоорганизующимися монослоями (SAM) — сверхтонкими пленками из органических молекул, которые самостоятельно выстраиваются в один ровный слой.

«Это можно представить как Биг Мак, где три булочки разделены различными начинками — мясом, салатом или сыром. В данном случае это была бы начинка между средней и нижней булочками», — пояснил принцип конструкции руководитель отдела перовскитных тандемных солнечных элементов HZB профессор Штеве Альбрехт.

Поначалу монослои не могли самостоятельно эффективно переносить заряд. Тогда исследователи добавили под них дополнительный слой-подложку. Выбор пал на оксид графена.

«Мы экспериментировали с дополнительными слоями под слоем SAM, чтобы они служили своего рода подложкой», — рассказал соавтор и постдок Йонгхун Юн.

Микротонкая пленка оксида графена полностью перестроила границу раздела: перенос заряда выровнялся, а оптические потери резко снизились. Она также послужила герметичным химическим щитом для уязвимого оловянного слоя, защитив его от окисления кислородом и влагой, — этим и объясняется рекордная устойчивость.

По мнению Альбрехта, если доработать отдельные перовскитные пленки, эффективность этой легкой конструкции вполне может превысить 30%.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Joule.