Команда Гонконгського політехнічного університету (PolyU) розробила інноваційний перовскітно-органічний тандемний сонячний елемент, здатний ефективно працювати навіть під час затінення. На відміну від традиційних технологій, новий пристрій зберіг понад 90% своєї первісної продуктивності після впливу жорсткої зворотної напруги –40 В — умови, які зазвичай руйнують звичайні тонкоплівкові системи.
Проблема зворотної напруги та її вирішення
Коли дерева, хмари, будівлі чи птахи частково блокують сонячне світло, панелі зазнають зворотного напруги зміщення. Це явище суттєво знижує вихідну потужність і може незворотно пошкодити тонкоплівкові елементи. Усім популярним матеріалам — телуриду кадмію, селеніду міді-індію-галію, перовськіту та органічним системам — притаманна ця вразливість під час затінення.
Дослідники з PolyU визначили, що основною причиною деградації є глибокі пасткові стани (deep trap states) у шарі об’ємного гетеропереходу — місці, де генерується електричний струм. Ці дефекти захоплюють заряди, знижуючи ефективність та значно підвищуючи ризик незворотних пошкоджень у режимі зворотного зміщення.
Як досягнули результату
Розв’язання проблеми полягало у придушенні формування ізольованих акцепторних кластерів у зоні змішування донорних і акцепторних матеріалів. Цей підхід суттєво скоротив кількість дефектів, зробивши сонячна батарея набагато довговічнішою:
- Нові органічні елементи витримують пробивну напругу понад –35 В без незворотних пошкоджень
- Тандемні системи зберегли 97% ефективності після 2000 годин роботи при –4,5 В
- При –20 В протягом 12 годин зберіглось 90% первісної продуктивності
- Після впливу напруги –40 В тандемні елементи втримали понад 90% ефективності
Загалом новорозроблені органічні сонячні елементи захищають перовськітний шар у неорганічних тандемних системах типу n-i-p, пригнічуючи явище зворотного тунелювання, яке зазвичай пошкоджує пристрої під час затінення.
Якість та перспективи впровадження
У найновішому дослідженні тандемні сонячні батареї продемонстрували ефективність перетворення енергії понад 26%, що становить значний прогрес порівняно з попередніми розробками. Професор Лі Ган, завідувач кафедри технології перетворення енергії, наголосив: «Виняткову стійкість до зворотного зміщення в умовах затінення було наочно продемонстровано на масштабованих мінімодулях. Це значний крок уперед і відкриває шлях до сталого майбутнього, засадженого на відновлюваних енергетичних системах».
Результати цього дослідження перевершують можливості сучасних тонкоплівкових технологій і наближають розроблену сонячна батарея до практичного використання в реальних модулях. Роботу опубліковано в престижному журналі Nature Materials, а попереднє дослідження команди з ефективністю 25,9% вийшло у Nature Energy у 2025 році.
