Перовскитовые солнечные батареи, изобретенные в 2009 году, совершенствуются с поразительной скоростью, их эффективность уже превысила 20-процентную отметку. Новые исследования в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли позволили создать солнечные батареи, чей потенциал приближается к теоретическому пределу эффективности в 31 процент – что гораздо выше, чем у используемых сейчас панелей.
Перовскиты представляют собой семейство материалов, которые разделяют определенную кристаллическую структуру, из которой они получают такие свойства, как сегнетоэлектричество и сверхпроводимость. Перовскитовые солнечные батареи становятся все более популярными, потому что они дешевые и легки в производстве и их производительность, после нескольких лет развития, уже сравнялась с традиционными кремниевыми панелями. Такой быстрый расцвет еще более впечатляет, если учесть, что ученые до сих пор не могу полностью понять причину высокой эффективности перовскитов.
Сибел Леблебиси и ее команда исследуют качества перовскитовых кристаллов, и их выводы указывают на новые пути повышения эффективности панелей на целых 50 процентов. Поверхность активного (фотон-поглощающего) слоя пленки перовскита состоит из зерен около 200 нм в длину. Каждое зерно имеет мульти-наклонные грани, которые в совокупности ведут себя как миллиарды крошечных фотоэлементов, соединенных параллельно.
Ученые тщательно сопоставили производительность граней, используя новый, атомносиловой метод микроскопии. Удивительно, но исследователи обнаружили большие различия между показателями каждой грани, даже соседними. Около пяти процентов на измеряемом участке не функционирует, а в 35% площадей, эффективность была очень высокой, близкой к теоретическому максимуму.
Ученые считают, что производительность одной грани может главным образом зависеть от двух факторов – ориентации граней и наличия мелких дефектов. Исследования по обнаружению способа устранения дефектов путем химического пассивирования могут дать потрясающие результаты.
«Если синтезировать материал, который будет состоять только из эффективных зерен, то это позволит совершить качественный скачок в развитии перовскитных солнечных батарей, с возможностью приблизиться к теоретическому пределу 31%», — сказала Леблебиси.
Если при этом решить ещё ряд проблем, характерных для перовскитных солнечных батарей, основной из которых является их невысокая прочность, это также поспособствовало бы созданию более дешевых и более эффективных светодиодов. Ученые сейчас изучают соотношение между неоднородной огранкой и эффективностью преобразования энергии.
