Создан новый материал для солнечных элементов на основе титана

Группа ученых из Университетов Брауна и Небраски создала новый материал на основе титана для производства бессвинцовых неорганических перовскитовых солнечных элементов. Наилучшим образом он подойдет для изготовления сдвоенных фотоэлементов, в которых перовскитовые ячейки расположены поверх кремниевых или их аналогов.

«Титан — это распространенный, прочный и биосовместимый элемент, на который до сих пор не обращали внимания в исследованиях перовскитов, — говорит Нитин Падтуре, старший автор статьи, опубликованной в журнале Joulie. — Мы показали, что возможно использовать материал на основе титана для создания тонкопленочных перовскитов, и что этот материал обладает подходящими для солнечной энергетики свойствами, которые можно настраивать».

Одна из главных задач в исследовании перовскитов — избавиться от свинца и найти новые материалы, не такие токсичные и более стабильные. При помощи компьютерных моделей ученые предсказали, что хорошим кандидатом мог бы быть класс перовскитов с цезием, титаном и галогеном (бромом и/или йодом).

Следующим шагом стало создание полупрозрачных перовскитовых пленок с энергетической щелью в 1,8 электрон-вольт, которая считается идеальной для сдвоенных солнечных элементов. КПД материала составляет всего 3,3%, что намного ниже, чем у свинцовых элементов, но это хорошее начало для совершенного нового материала, считают исследователи.

Относительно большая энергетическая щель материала делает его отличным кандидатом для сдвоенных солнечных элементов. Верхний слой из титана-перовскита абсорбировал бы фотоны, которые нижний кремниевый слой не может поглощать из-за меньшей энергетической щели, но пропускал бы низкоэнергетические фотоны, которые попадали бы на кремний.

Титан обладает преимуществом и перед другими бессвинцовыми элементами, например, оловом, которое легко ржавеет на открытом воздухе. Титан же устойчив к ржавчине. Кроме того, у титан-перовскитовых солнечных элементов напряжение разомкнутой цепи — измерение общего напряжения, доступного для фотоэлемента — выше одного вольта. Другие бессвинцовые перовскиты обычно держатся в пределах 0,6 вольт, пишет EurekAlert.

«Напряжение разомкнутой цепи — это ключевой параметр, который мы можем использовать для оценки потенциала солнечного элемента, — говорит Падтуре. — Так что такое высокое значение свидетельствует о большом потенциале материала».