Новый рекорд улучшит коммерческие перспективы перовскитных солнечных элементов

Сотрудники Австралийского Национального Университета (ANU) разработали усовершенствованный фотоэлектрический элемент, с которым им удалось побить свой же предыдущий рекорд эффективности таких устройств.

Благодаря быстрому повышению их эффективности и стабильности, перовскитные солнечные элементы находятся в авангарде перспективных фотоэлектрических технологий. Эти устройства демонстрируют потери напряжения, приближающиеся к теоретическому минимуму, и внутреннюю квантовую эффективность, близкую к единице.

Однако эффективность перовскитных солнечных батарей до последнего времени ограничивалась коэффициентом заполнения (Fill Factor, FF), не подымающимся выше 83% (это ниже предела Шокли-Квайссера, составляющего примерно 90%). Коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики (отношение реальной мощности солнечного элемента к гипотетической) является одним из основных показателей качества фотоэлектрического модуля.

Это ограничение вызвано неидеальным переносом заряда между перовскитным поглотителем и электродами элемента.  Таким образом, снижение последовательного электрического сопротивления слоёв зарядового транспорта имеет решающее значение для повышения эффективности.

В статье, опубликованной в журнале Nature, команда ANU представила процесс обратного легирования, который она применила для изготовления слоёв легированного азотом оксида титана, обладающих выдающимися характеристиками переноса заряда.

Внедрив этот проводник зарядов в солнечные элементы на основе перовскита, авторы смогли продемонстрировать для них рекордный коэффициент заполнения >86% при среднем FF = 85,3%. При этом, подтверждённая независимыми лабораторными испытаниями стабильная эффективность преобразования солнечной энергии для элемента площадью 1 см2 составила 22,6%.

В своей работе инженеры ANU использовали стандартные производственные методы, но впервые применили их к новому материалу, оксинитриду титана, создав перовскитный солнечный элемент уникальным способом.

«Мы всегда стремимся достичь максимально возможной эффективности. Без этого коммерциализация невозможна, – заявила соавтор статьи в Nature, профессор Кайли Кэтчпоул (Kylie Catchpole). – Но нам нужен и дешёвый процесс. Наш подход удовлетворяет обоим этим условиям, причём достигается это совершенно не так, как прежде».