Графено-перовскитные фотоэлементы обогнали графено-кремниевые

Новинка имеет эффективность сегодняшних серийных фотоэлементов при меньшей энергоёмкости и потенциально меньшей стоимости в массовом производстве.

Cоздан фотоэлемент, основанный на графене и перовските, отвечающем за поглощение солнечного света. Казалось бы, изделие далеко не рекордное по всем показателям, но если взглянуть на него чуть пристальнее, то ситуация предстаёт в несколько ином свете.

Авторы разработки — исследователи, занимающаяся изучением устройств фотовольтаики и оптоэлектроники из Университета Хайме I (Кастельон-де-ла-Плана, Валенсия, Испания), ведомые Хуаном Бискертом (Juan Bisquert), и специалисты из Оксфордского университета (Великобритания).

Хотя КПД новой солнечной батареи «на уровне», ключевым её достоинством стоит считать малую энергоёмкость производства

КПД представленной графено-перовскитной солнечной батареи равен 15,6%, то есть приближается к эффективности лучших серийных кремниевых образцов, используемых в мировой альтернативной энергетике. Само по себе это не имело бы значения: менять одно производство, уже устоявшееся технологически, на другое при равном КПД никто не стал бы. Но энергоёмкость новых солнечных батарей очень низка, поскольку процесс их изготовления не требует тысячи-другой градусов (как в «кремниевом» случае). По сути, температура при их производстве вообще не поднимается выше 150 °С, и это показатель высокого класса, потому что все современные аналоги лишь после трёх–четырёх лет работы возвращают нам с вами ту энергию, что была потрачена на их создание.

С теоретической же точки зрения важнее то, что графено-перовскитный гибрид показал КПД выше, чем любой кремниево-графеновый гибрид, то есть с ним, что называется, можно идти в разведку, особенно с учётом того, что перовскит несравнимо дешевле монокристаллического кремния. Иными словами, при том же КПД серийно производимые новые солнечные батареи должны быть дешевле кремниевых.

А — слой двуокиси титана. B — его срез. C — нанокомпозит из графена и двуокиси титана. D — его срез

Но прямо сейчас их внедрения ждать не стоит. И дело не только в том, что массовые методы производства графена находятся в процессе становления. Просто описываемая солнечная батарея — вообще первый подобный образец, характеризующийся столь высокой эффективностью. Правда, авторы разработки уверены, что КПД их детища может быть значительно повышен уже в ближайшее время.

В 2009 году, когда появился первый фотоэлемент, использующий перовскит, эффективность в 3,5% была потолком; в 2012-м рекордом стали 11%; сегодня же мы наблюдаем 15,6%, что и впрямь намекает на более высокие цифры в обозримой перспективе.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nano Letters.