Специалисты из берлинского Центра им. Гельмгольца (HZB) создали инновационную трехслойную солнечную ячейку на основе перовскита, характеризующуюся высокой результативностью и значительно повышенной устойчивостью к внешним факторам. Прототип, изготовленный в лабораторных условиях, показал коэффициент полезного действия 27,3% и сохранил свыше девяноста процентов изначальной мощности после семисот семьдесят часов непрерывной эксплуатации.

Данная технология принадлежит к категории солнечных элементов третьего поколения. В отличие от общепринятых кремниевых панелей, использующих один полупроводниковый материал для поглощения света, эти устройства содержат три слоя перовскита с отличающимися энергетическими характеристиками. Благодаря этому каждый слой улавливает определенную часть спектра солнечного излучения и преобразует ее в электричество более продуктивно.

Ключевой сложностью при создании перовскитных солнечных батарей на протяжении длительного времени являлась их невысокая устойчивость к деградации. Несмотря на перспективность этих материалов с точки зрения эффективности, они быстрее, чем кремниевые аналоги, подвергаются ухудшению характеристик под воздействием влажной среды, кислорода и продолжительной инсоляции.

Ключевой недостаток этой разработки заключался в полимерном слое, выполняющем функцию передачи заряда между уровнями фотоэлемента. Этот элемент не только снижал количество света, достигающего активной зоны батареи, но и со временем подвергался деградации.

Специалисты из HZB предложили замену существующему материалу – комбинацию из ультратонкого самоорганизующегося мономолекулярного слоя (SAM) и нанометрового покрытия оксида графена (GO). SAM создает упорядоченную структуру, обеспечивая улучшенный контакт между слоями. Тем не менее, для эффективной передачи заряда он недостаточен. Введение в состав GO позволило уменьшить электрические сопротивления и одновременно повысить общую стабильность конструкции.

Новый подход также обеспечивает защиту одного из наиболее чувствительных компонентов батареи – слоя перовскита на основе олова и свинца. Как правило, эти материалы быстро теряют свои свойства при воздействии внешней среды. Однако сочетание SAM и GO формирует дополнительный защитный слой, замедляющий процессы разрушения.

Как отметил руководитель научной работы профессор Стив Альбрехт, данная технология обладает возможностью для дальнейшего совершенствования. После доработки отдельных слоев перовскита эффективность подобных устройств может превысить тридцатипроцентный рубеж.