Слой хлорида цезия толщиной в несколько нанометров решил проблему неравномерного роста перовскита
27 августа 2026, 23:57Наука и космосDexter0
Группа ученых из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB) разработала метод, который позволяет улучшить перовскит-кремниевые тандемные солнечные элементы и одновременно упростить их изготовление. С использованием ультратонкого слоя хлорида цезия им удалось создать экспериментальный элемент с эффективностью преобразования солнечной энергии 30,3%.
Ключевое достижение заключается не только в высокой эффективности. Перовскитный слой исследователи наносили методом вакуумного совместного испарения, без применения жидких растворителей.
Тандемный элемент сочетает традиционный кремниевый фотоэлемент и перовскитный слой, расположенный сверху. Они поглощают различные диапазоны солнечного спектра, что позволяет этой конструкции преобразовывать в электричество больше солнечного света, чем обычные кремниевые элементы.
Тем не менее, перенос данной технологии из лаборатории в массовое производство представляет собой сложную задачу. Проблемы начинаются уже на поверхности кремниевой пластины. Ее покрывают микроскопическими структурами, уменьшающими отражение света, но такая текстура затрудняет равномерное нанесение последующих слоев.
Ученые выяснили, что органический самособирающийся монослой, используемый для переноса положительных зарядов, распределяется по такой поверхности неравномерно. Молекулы концентрируются в углублениях, тогда как вершины микроструктур остаются практически незаслуженными. При нанесении перовскита это приводило к образованию йодида свинца, увеличению количества дефектов и формированию неоднородного мелкозернистого слоя. В результате ухудшались электрические характеристики элемента.
Проблему удалось устранить с помощью чрезвычайно тонкого промежуточного слоя хлорида цезия. Он компенсирует неоднородности покрытия и создает более подходящую поверхность для формирования кристаллов перовскита. Это позволяет верхнему фотоактивному слою быть более однородным и содержать меньше дефектов.
Еще одно преимущество данной технологии — отсутствие растворителей. Многие лабораторные элементы производятся с использованием растворителей, которые хорошо подходят для небольших образцов, но усложняют масштабирование на более крупные текстурированные кремниевые пластины.
Вакуумное испарение в этом контексте выглядит более перспективным. Эта технология уже применяется в микроэлектронике и производстве OLED-дисплеев и позволяет наносить материалы на обширные площади. Кроме того, отсутствие растворителей снижает риск повреждения нижележащих слоев.
Эффективность 30,3% свидетельствует о том, что с той же площади такой солнечный элемент потенциально сможет вырабатывать значительно больше энергии, чем стандартные кремниевые модули. Это особенно важно для крыш и других объектов, где площадь под солнечные панели ограничена.
Тем не менее, до появления таких элементов в продаже еще далеко. На данный момент 30,3% — это результат лабораторной ячейки. Ученым необходимо подтвердить, что технология сохраняет эффективность и стабильность при увеличении размеров, выдерживает длительную эксплуатацию и остается экономически целесообразной при массовом производстве.
Источники:Interesting EngeneeringНаука и космос0Наука33 минуты назад
Источник