Сегодня рынок солнечных панелей в основном занимает кремний, но у него есть физические ограничения по количеству преобразуемой солнечной энергии. Перовскиты рассматриваются как альтернатива: эти синтетические материалы можно укладывать слоями, чтобы эффективнее поглощать более широкий диапазон длин волн солнечного спектра.
Для улавливания высокоэнергетического света учёные создают обогащённые бромидом перовскитные плёнки с ультраширокой запрещённой зоной (2,0 эВ). Однако высокое содержание бромида ведёт себя непредсказуемо при изготовлении: верхняя поверхность высыхает и кристаллизуется первой, тогда как нижняя остаётся влажной. Этот дисбаланс формирует жёсткую внешнюю корку над текучим ядром, из-за чего плёнка покрывается морщинами, трескается, а её химические компоненты разделяются. В результате энергия теряется и возникают значительные потери напряжения.
Решение основано на двойной методике обработки, которая выравнивает поверхность материала и управляет формированием кристаллов. Неравномерное высыхание устранили, совместив целевую обработку в растворителе с добавлением небольшого количества олеиламмоний хлорида. Сбалансированная обработка растворителем перестраивает и сглаживает верхний слой, а хлорид заставляет компоненты бромида и иодида кристаллизоваться одновременно. Такой подход предотвращает преждевременное затвердевание поверхности и обеспечивает однородную структуру плёнки по всей её толщине.
Монолитный трёхпереходный элемент объединяет три соединённых между собой светопоглощающих слоя, каждый из которых рассчитан на свою запрещённую зону и участок солнечного спектра. Устранение морщин и структурных дефектов позволило оптимизировать все три слоя. Верхний подслой на 2,0 эВ обеспечил напряжение холостого хода 1,46 В, средний слой на 1,60 эВ отвечает за согласование спектра, а нижний на 1,22 эВ — за поглощение в глубоком инфракрасном диапазоне.
В сумме такая конфигурация дала рекордный КПД преобразования энергии 30,1%, независимо сертифицированный на уровне 29,3%. «Полученные плёнки перовскита с ультраширокой запрещённой зоной демонстрируют однородный поверхностный потенциал, подавленную безызлучательную рекомбинацию, улучшенную подвижность носителей и напряжение холостого хода 1,46 В», — отмечают исследователи.
Готовый элемент сохранил более 90% начальной эффективности после 569 часов непрерывной работы на максимальной мощности при имитации солнечного излучения.
После лабораторных испытаний команда намерена снижать потери напряжения и коэффициента заполнения, уточнять согласование токов и увеличивать размер устройств для более крупных применений. В дальнейшем акцент сместится с измерения начального КПД на оценку работы модулей в реалистичных условиях, в том числе с упором на устойчивость к радиации, ультрафиолету, вакууму и термоциклированию — с прицелом на возможные космические миссии. Поскольку конструкция позволяет обходиться без тяжёлых кремниевых пластин, она указывает на перспективу ультралёгких гибких солнечных модулей для коммерческих крыш, носимой электроники и спутниковых платформ.
