Ученые нашли способ повысить эффективность перовскитных солнечных ячеек

Международная группа исследователей, включающая специалистов из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST), представила новую синтетическую молекулу. Это вещество, названное CPMAC, способно заметно улучшить эффективность и долговечность перовскитных солнечных элементов. Результаты соответствующего исследования были опубликованы в научном журнале.

Молекула CPMAC представляет собой ионную соль, синтезированную на основе фуллерена С60, известного также как бакминстерфуллерен. Хотя С60 ранее способствовал достижению высоких показателей энергоэффективности перовскитных ячеек, его применение сопряжено с проблемами. Эти проблемы ограничивают общую производительность и стабильность элементов в долгосрочной перспективе. Разработка CPMAC стала ответом на необходимость поиска альтернативных материалов для преодоления этих ограничений.

По словам представителей KAUST, фуллерен С60 долгое время был важным компонентом при создании перовскитных солнечных батарей. Однако слабые взаимодействия на границе между перовскитом и С60 приводили к механическому разрушению. Это негативно сказывалось на стабильности солнечных элементов при длительной эксплуатации. Создание ионной соли CPMAC на основе С60 было направлено на решение этой проблемы и существенное повышение стабильности фотоэлементов.

Химические свойства CPMAC позволили улучшить электронные характеристики солнечных ячеек. Элементы с использованием этой молекулы показали коэффициент преобразования энергии на 0,6% выше по сравнению с аналогами на основе С60. Специалисты отмечают, что даже небольшое процентное увеличение эффективности имеет большое значение при масштабировании до уровня электростанций. Такое улучшение позволяет обеспечить энергией тысячи дополнительных домов.

Кроме того, солнечные элементы с CPMAC продемонстрировали большую устойчивость к внешним воздействиям. При тестировании в условиях высоких температур и различной влажности на протяжении более 2000 часов падение их эффективности было в три раза меньше, чем у ячеек с С60. Эта разница стала еще более заметной при сборке элементов в модули, которые имитируют структуру солнечных панелей.

Улучшенные характеристики объясняются способностью CPMAC формировать более прочные ионные связи с перовскитом, в отличие от слабых ван-дер-ваальсовых связей, характерных для С60. Это приводит к уменьшению дефектов в слое переноса электронов солнечного элемента. В результате повышается общая стабильность и долговечность устройства, пишет Science.