Ученые из Швейцарии разработали способ стабилизации перовскитовых солнечных батарей с использованием рубидия. Путем контролируемых изменений в кристаллической структуре удалось зафиксировать рубидий в материале, устраняя ключевые источники потерь энергии и повышая стабильность. Материал продемонстрировал напряжение холостого хода 1,30 В — 93,5% от теоретически возможного максимума, что свидетельствует о минимальных потерях энергии. Эта разработка обещает повысить эффективность солнечных панелей.
Энергия, которую Земля получает от Солнца, превышает мировое потребление энергии в 200000 раз. Таким образом, солнечная энергия является ключевым способом снижения зависимости от угля и нефти. Для повышения эффективности солнечных панелей применяются перовскитовые элементы. Однако их широкое использование сдерживается проблемами потерь энергии и недостаточной стабильностью. Эти ограничения во многом обусловлены трудностями совместимости перовскитов с широкозонными (WBG) полупроводниками, которые поглощают высокоэнергетические излучения и повышают общую эффективность системы.
Широкозонные материалы эффективно поглощают свет высокой энергии, одновременно пропуская низкоэнергетический свет. Тем не менее, они склонны к фазовому разделению, когда различные компоненты материала со временем отделяются друг от друга, снижая его производительность. Предлагалось использовать рубидий для решения этой проблемы, однако этот элемент зачастую формирует нежелательные вторичные фазы, что ограничивало его потенциал укрепления структуры перовскита.
Тем не менее, ученым удалось оптимизировать состав материала, используя метод быстрого нагрева с последующим контролируемым охлаждением. Это создало напряжения в кристаллической решетке, предотвращающие формирование нежелательных веществ и сохраняя рубидий внутри кристалла.
Эффективность данного подхода была подтверждена методами рентгеновского анализа, ядерно-магнитного резонанса и компьютерного моделирования. Результаты показали, что созданные в материале напряжения надежно удерживали рубидий и препятствовали образованию примесей. Было установлено, что важная роль в укреплении структуры принадлежит также ионам хлора. Хлор помогает компенсировать различия в размерах различных элементов, обеспечивая более равномерное распределение ионов, уменьшение количества дефектов и повышение устойчивости материала.
Испытания показали, что материал демонстрирует напряжение холостого хода 1,30 В — 93,5% от теоретического максимума, что является одним из лучших показателей по снижению энергопотерь среди широкозонных перовскитов. Также был зафиксирован рост квантового выхода фотолюминесценции (PLQY), что подтверждает высокую эффективность преобразования солнечного света в электричество.
Снижение энергопотерь в перовскитовых солнечных батареях позволит улучшить характеристики панелей и уменьшить их стоимость, особенно в сочетании с кремнием. Данная технология найдет применение в светодиодах, датчиках и других оптоэлектронных устройствах.
