Учёные обошлись без токсичного свинца, создав сверхэффективные солнечные элементы с КПД почти 28%

Команда исследователей из Автономного университета Керетаро в Мексике под руководством доктора Латы Масамы сделала значительный шаг в области солнечной энергетики. Их работа сосредоточена на создании нового класса солнечных элементов, использующих халькогенидные перовскиты. Данные элементы представляют собой многообещающую альтернативу существующим солнечным панелям с содержанием свинца, которые, хоть и обладают высокой эффективностью (до 29% в некоторых модификациях), характеризуются недостаточной длительной стабильностью и токсичностью свинца.

Халькогенидные перовскиты рассматриваются как перспективные материалы для солнечных элементов благодаря своим уникальным свойствам. Они отличаются долговечностью, возможностью настройки для оптимального поглощения света, высокой эффективностью в преобразовании света в энергию и превосходной проводимостью положительных зарядов. Под руководством доктора Масамы была проведена проверка новой солнечной батареи, состоящей из нескольких слоев различных материалов. Первоначально в качестве одного из токопроводящих слоев использовался молибденит (MoS₂). Затем исследователи испытали еще 40 материалов, варьирующих от традиционных полупроводников до современных проводящих пленок. Это стало первым комплексным исследованием в данной области.

Для оптимизации характеристик устройства команда воспользовалась программой моделирования SCAPS-1D, разработанной Марком Бургельманом из Гентского университета. Всего было смоделировано 1627 конфигураций солнечных элементов при максимально приближенных к реальным условиях.

Исследование показало, что новые перовскиты (SrHfSe₃) способны эффективно преобразовывать солнечную энергию в электричество. Ученые оптимизировали параметры материалов для повышения светопоглощения, снижения потерь энергии и улучшения проводимости заряда. Высоких результатов достигли три материала, использованные в проводящем слое: SnS (КПД 27,87%), CPE-K (27,39%) и Ti2CO₂ (26,3%). Их эффективность обусловлена усилением тока, улучшенной задержкой заряда и снижением помех в работе батареи.

Данное исследование подтвердило, что такие перовскиты могут стать основой для создания стабильных, эффективных и экологически чистых солнечных элементов.

Источник: iXBT