Новий шлях: досягнення рекордної напруги за допомогою прозорих перовскітових сонячних елементів

Команда дослідників зі Штутгартського університету в Німеччині зробила революційний прогрес у галузі перовскітних сонячних елементів. Вони успішно розробили одноперехідний прозорий перовскітовий сонячний елемент із вражаючою напругою 1,78 В, встановивши новий рекорд у галузі.

Ключовим компонентом цієї комірки є перовскітовий матеріал гібридного метиламіну хлориду свинцю (MAPbCl3), відомий своєю високою шириною забороненої зони серед усіх перовскітів. Цей унікальний матеріал відкриває захоплюючі можливості для перовскітних сонячних елементів із широкою забороненою зоною як у таких додатках, як Інтернет речей (IoT) і сонячні вікна, так і в багатоперехідних сонячних елементах.

До цього моменту одноперехідні перовскіти з широкою забороненою зоною намагалися досягти високих напруг. Обмеження полягає в швидкій кінетиці кристалізації та поганій розчинності попередників матеріалу. Це призводить до неповного покриття плівки та неправильної морфології плівки.

Щоб подолати це обмеження, дослідницька група застосувала двоетапний метод осадження з наступним відпалом під молекулярним азотом (N2) у камері для рукавичок. Контролюючи атмосферу відпалу, вони змогли вплинути на кінетику кристалізації MAPbCl3, не впливаючи на його об’ємні властивості. Цей процес значно покращив покриття поверхні та однорідність плівки.

Конструкція сонячної батареї включала кілька шарів, включаючи підкладку з оксиду олова, легованого фтором (FTO), шар транспортування електронів (ETL) на основі діоксиду вуглецю та титану (C/TiO2), мезопористий шар TiO2, Поглинач MAPbCl3, шар для транспортування дірок Spiro-OMeTAD (HTL) і металевий контакт із золота (Au).

За стандартних умов освітлення клітина продемонструвала вражаючі показники продуктивності. Він досяг ефективності перетворення потужності 0,81%, напруги холостого ходу 1,71 В, щільності струму короткого замикання 0,73 мА см−2 і коефіцієнта заповнення 64,7%.

Примітно, що елемент продемонстрував надзвичайно високу напругу холостого ходу 1,78 В, що є найвищим, коли-небудь зареєстрованим для перовскітних сонячних елементів на основі MAPbCl3. Варто зазначити, що ця напруга була досягнута за допомогою звичайного шару для транспортування дірок spiro-OMeTAD, оптимізованого для вузьких заборонених зон. Цей дивовижний результат вказує на те, що ті самі контакти, які використовуються для досягнення світового рекорду ефективності перовскітних сонячних елементів із вузькою забороненою зоною, можуть витримувати такі високі напруги.

Дослідники опублікували свої висновки в нещодавній статті під назвою «Поглинач світла MAPbCl3 для перовскітових сонячних елементів високої напруги», доступній в публікаціях ACS.

Це революційне досягнення прокладає шлях для подальшого розвитку високовольтних перовскітових сонячних елементів, наближаючи нас до більш ефективних і стійких енергетичних рішень. Завдяки потенціалу для ширшого застосування та покращеній продуктивності майбутнє перовскітних сонячних елементів виглядає яскравішим, ніж будь-коли.