Созданы неорганические перовскитные солнечные батареи с высоким КПД

Ученые из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и МГУ им. М. В. Ломоносова создали эффективные полностью неорганические перовскитные солнечные батареи, сообщает пресс-служба Сколтеха. Новые устройства показали высокие КПД преобразования света (10,5%), сопоставимые с КПД перовскитных батарей на основе классических гибридных материалов (около 12%).

"Наши устройства показали хорошую эффективность и высокую воспроизводимость электрических характеристик от образца к образцу, - приводит пресс-служба слова одного из авторов статьи, профессора Центра электрохимического запасания энергии Сколтеха, Павла Трошина. - Полученные результаты говорят о высоком потенциале неорганических комплексных галогенидов, что открывает новые возможности направленного дизайна фотоактивных материалов для эффективных и стабильных перовскитных солнечных батарей".

Что такое перовскитные солнечные батареи

Перовскитом называют редкий для поверхности Земли минерал, титанат кальция, а перовскитами - различные материалы с кристаллической решеткой, схожей с решеткой перовскита. В 2009 году было показано, что перовскиты могут эффективно преобразовывать энергию видимого света в электричество, и с тех пор они считаются одними из самых перспективных кандидатов для создания солнечной энергетики. Так, авторитетный научный журнал Science в 2013 году включил солнечные батареи на основе перовскитов в десятку главных научных прорывов года.

Батареи на основе перовскита дешевле кремниевых, их производство не токсично, а сами батареи на основе перовскита можно делать тонкими и гибкими для размещения на поверхностях любой кривизны.

Сегодня лучшую эффективность преобразования света в электричество показывают гибридные перовскитные фотоэлементы на основе органо-неорганических материалов APbI3, где A может быть различными органическими катионами (A=CH3NH2+ или HC(NH2)2+).

КПД лучших лабораторных образцов таких устройств достигает 22%, приближаясь к характеристикам фотоэлементов на основе кристаллического кремния, однако коммерциализация подобных устройств очень затруднена из-за их плохой эксплуатационной стабильности - они очень быстро деградируют во время своей работы в условиях внешней среды из-за термического и фотохимического разложения перовскитов.

Чем заменить гибридные перовскитные солнечные батареи

Наиболее эффективным подходом к созданию стабильных перовскитных материалов считают полную замену органических катионов на неорганические. Однако вместе с такой заменой резко падает эффективность устройства - например, солнечные батареи на основе пленок CsPbI3, полученных осаждением из раствора, ранее показывали эффективность преобразования света всего в 2-3%.

В новой работе российские ученые предложили получать CsPbI3 за счет другого процесса - термического соиспарения йодидов цезия и свинца. В результате солнечные батареи на базе такого неорганического перовскита в их измерениях показывали стабильный КПД около 10%. При этом контрольные образцы солнечных элементов с аналогичной архитектурой на основе пленок гибридного перовскита CH3NH3PbI3 обладали сопоставимыми эффективностями в 10-12%.

Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Physical Chemistry Letters.