Вчені створили сонячну панель з рекордним ККД

Дослідники з Китайської академії наук (КАН) розробили тандемний сонячний елемент, що поєднує верхню перовськітну комірку з нижньою на основі міді, індію, галію та селену (CIGS). Ключовою інновацією стало застосування підходу координаційної інженерії для підвищення стабільності широкозонного перовськітного матеріалу.

Для тонкого налаштування локального координаційного середовища іонів свинцю (Pb) у перовськітному шарі вчені використали органічну сірковмісну сполуку — біс(2‑піридилметил)сульфід (2PyS). Ця стратегія дозволила обмежити утворення дефектів, пригнітити міграцію іонів галогенідів і зменшити фотоіндуковану сегрегацію фаз — головні проблеми, що підривають довгострокову стабільність перовськітних поглиначів із широкою забороненою зоною.

За словами авторів дослідження, першопричиною нестабільності є недокоординовані дефекти свинцю та пов’язані з ними вакансії галогенідів. Вони не лише стають центрами рекомбінації, а й порушують локальне кристалічне середовище, відкриваючи шляхи для міграції іонів. Традиційні методи пасивації після кристалізації лише частково вирішують цю проблему, оскільки не контролюють утворення дефектів безпосередньо під час росту плівки.

Окрема CIGS-комірка показала ефективність перетворення енергії 19,65% при повному спектрі освітлення. Після встановлення під напівпрозорою перовськітною верхньою коміркою її ефективність знизилась до 7,5% через спектральну фільтрацію. Верхня комірка досягла показника 22,21%, а в чотирьохтерміналь­ній (4T) тандемній конфігурації інтегрований пристрій показав загальну ефективність 29,71%.

Окремої уваги заслуговує довгострокова стабільність: пристрої зберегли понад 91% початкової ефективності після 2000 годин безперервної роботи. За твердженням авторів, цей результат є одним із найвищих серед усіх чотирьохтермінальних тандемних сонячних елементів перовськіт/CIGS, про які повідомлялося на сьогодні. Дослідники також встановили, що 2PyS зв’язується з йодидом свинцю міцніше, ніж поширені розчинники — диметилформамід (DMF) і диметилсульфоксид (DMSO), що дає змогу ефективніше регулювати кристалізаційний процес.

Результати роботи опубліковано у виданні IPO­Science під назвою «Coor­di­na­tion-reg­u­lat­ed defect sup­pres­sion enables sta­ble wide-bandgap per­ovskites for effi­cient perovskite/CIGS tan­dem solar cells».