Разработанные более десятилетия назад инновационные свинцово-галогенидные перовскитные солнечные элементы (Lead-Halide Perovskite Solar Cells, LHPSC) быстро стали востребованными на рынке благодаря их выдающимся энергетическим характеристикам: КПД однопереходных элементов достигает 25%, а в тандемных монолитных системах — 29%. Это сделало их одним из самых перспективных решений в фотоэлектрической отрасли. Однако учёные указывают на ряд недостатков таких устройств: прежде всего высокую токсичность свинца, ограниченный срок службы и низкую устойчивость к внешним воздействиям, что затрудняет их массовое внедрение.
Специалисты из Автономного университета Керетаро (Universidad Autónoma de Querétaro, г. Керетаро, Мексика) взялись за поиск безопасной замены. В ходе исследования они остановились на халькогенидных перовскитах состава SrHfSe3 — материале, сочетающем химическую стабильность оксидных перовскитов и хорошие электрофизические свойства. Для создания опытного образца солнечной ячейки был применён многослойный подход: в качестве «транспортного» слоя использовали MoS2, который затем заменяли различными неорганическими полупроводниками, полимерами и максенами — двумерными соединениями на основе карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов.
Для анализа возможностей новых конструкций применялась программная платформа SCAPS-1D, предназначенная для моделирования солнечных элементов.
С её помощью учёные протестировали 1627 различных конфигураций на базе нового перовскита. Параметры моделей корректировали с учётом реальных условий эксплуатации. Выяснилось, что некоторые комбинации обеспечивают рекордно высокую эффективность преобразования энергии.
Лучшие результаты показали три типа проводящих слоёв: SnS (КПД составляет 27,87%), CPE-K (27,39%) и Ti2CO2 (26,3%). Это говорит о значительном потенциале халькогенидных перовскитов в роли основы для следующего поколения безопасных и высокоэффективных солнечных технологий.
Результаты исследования опубликованы в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.
