Новости перспективных технологий

Чтобы превращать свет в электричество, перовскиты не нуждаются в дорогих полупроводниках

Изображение с сайта compulenta.computerra.ru

Физик Генри Снейт (Henry Snaith) из Оксфордского университета (Великобритания) вместе с коллегами едва ли не случайно установил, что фотоэлементы на основе перовскитов типа титаната кальция могут работать много лучше, если им не помогать включением полупроводниковых пузырьков, как это делается сейчас.

...Кроме того, новые перовскитные солнечные батареи будут и намного легче кремниевых, то есть не потребуют столь прочных и дорогих рам. (Здесь и ниже иллюстрации Boshu Zhang, Wong Choon Lim Glenn, Mingzhen Lui.)

Открытие было не просто неожиданным, но и, казалось бы, противоречащим здравому смыслу. Перовскиты — диэлектрики. Несколько лет назад перовскит впервые поместили в фотоэлементы, чтобы собирать фотоны, которые затем нужно было транспортировать внутри солнечной батареи. Согласно общепринятым взглядам, с этим могли справиться только полупроводники. И в самом деле, заряд в фотоэлементах переносят экситоны, пары электрон — дырка, свободно передвигающиеся именно по полупроводникам.

Чтобы облегчить задачу, полупроводники с перовскитами, когда их впервые сделали (2009 год), были выполнены в виде пузырьковых наноструктур, в которых перовскит окружён полупроводниковыми слоями. В прошлом году ситуация сдвинулась: команда Генри Снейта экспериментально выяснила, что если перовскит окружить вместо полупроводника изолятором, то экситоны, которым некуда деваться, вполне прилично двигаются по перовскиту сами. Иными словами, диэлектрик обернулся самым настоящим и неплохим полупроводником.

И вот теперь группа г-на Снейта сделала и вовсе сногсшибательное заявление: будет ещё лучше, если... убрать изолятор. Да-да, оставить в фотоэлементе только титанат кальция, и ничего кроме. Вся эта пузырьковая наноструктура оказалась вообще лишней: покрывая поверхность тонким слоем перовскита с помощью обычного химического парофазного осаждения, удалось получить не менее эффективный фотоэлемент. «Начав со сложной наноструктуры, мы свели её к тонкой плёнке, — рассказывает исследователь. — И это изумительно».

Замечательно и то, что к. п. д. этих перовскитных фотоэлементов достиг в лаборатории 15%, то есть, по сути, сравнялся с показателями предшественников со сложными наноструктурами и близко подобрался к сегодняшним массовым кремниевым фотоэлементам. При, понятно, несравнимо меньшей энергоёмкости производства и стоимости.

Разработчики считают, что при массовом производстве фотоэлементы на основе перовскитов могут стоить в пределах 150 долларов за киловатт мощности — против 600 долларов у современных кремниевых.

Фотоэлемент нового типа до и после удаления с подложки.

Кстати, с учётом того, что г-н Снейт уже учредил стартап по коммерциализации разработки (ещё прошлого поколения, со сравнительно сложной структурой), можно не сомневаться, что попытка выхода на рынок с весьма дешёвыми солнечными батареями совсем не за горами.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Информация с сайта compulenta.computerra.ru по материалам ScienceNOW.

Автор оригинального текста: Александр Березин.