Дослідники Китайської академії наук представили принципово новий тандемний сонячний елемент, котрий перевищив попередній рекорд і досяг показника ефективності перетворення енергії на рівні 29,71%. Попередній рекорд становив 29,2%, тому за допомогою інноваційної органічної сполуки вчені зуміли піднести цей результат на новий рівень.
Як улаштована двошарова конструкція
Новаторський підхід полягає в комбінуванні двох фотоелементів із різними властивостями. Верхній шар виготовлений із перовскіту та поглинає коротковолнове випромінювання високої енергії. Нижний шар складається з матеріалу CIGS (мідь, індій, галій і селен), який улавлює більш довгі хвилі світла, що проходять крізь першу складову. Такий конструктив дозволяє розпорядитися ширшим спектром сонячного випромінювання порівняно з традиційними одношаровими панелями.
Перовскітний компонент окремо показав ефективність 22,21%, тоді як CIGS-елемент у самостійній роботі забезпечив 19,65%. Однак у складі тандемної конструкції його ККД знизився до 7,5%, адже верхній шар вже поглинав частину світла перед передачею нижче.
Органічна сполука та поліпшення стабільності
Ключовою інновацією стало введення органічної сполуки bis(2-pyridylmethyl) sulfide (2PyS) безпосередньо під час виробництва. На відміну від методів, які коригують дефекти після завершення виготовлення, ця речовина керує процесом формування кристалів із самого початку, що суттєво впливає на якість матеріалу.
Двошарова сонячна панель з використанням 2PyS активно взаємодіє з іонами свинцю у структурі перовскіту та сприяє:
- зменшенню мікроскопічних дефектів, які утворюються під час виробництва;
- обмеженню руху заряджених частинок і галогенідних іонів;
- запобіганню розпаду матеріалу на окремі фази під впливом сонячного світла;
- гальмуванню кристалізації для утворення рівномірнішої та якісніші плівки.
Ці властивості критичні, оскільки широкозонні перовскіти традиційно страждають від поступової деградації, особливо під дією тепла та інтенсивного освітлення, що призводить до зниження характеристик елемента.
Результати тестування довговічності
Науковці провели комплексну перевірку стійкості розробки. Після 2000 годин безперервної роботи у чотириконтактній тандемній конфігурації сонячний елемент зберіг понад 91% від своєї первісної ефективності, що демонструє високу надійність конструкції та перспективність цього підходу для комерціального застосування.
