Учёные из Сеульского национального университета, Университета Кореи и Университета Толедо создали новый трёхмерный перовскитный солнечный элемент с эффективностью более 26% и сроком службы свыше 24 000 часов в лабораторных тестах. Работа опубликована в Nature Energy и считается важным шагом в развитии перовскитной фотоэнергетики — технологии, которую рассматривают как более эффективную и потенциально более дешёвую альтернативу кремниевым солнечным панелям.
Главная проблема таких элементов — нестабильность: они могут быстро разрушаться под действием света, тепла и влаги. Поэтому учёные постоянно ищут способы сделать их структуру более устойчивой. В новой работе использовались два типа материалов — 3D и 2D перовскиты. 3D-перовскит — это основной слой, который хорошо поглощает свет и превращает его в электричество. 2D-перовскит — это тонкие защитные и улучшающие слои, которые располагаются поверх или рядом с 3D-материалом и помогают сделать его более стабильным.
Исследователи предложили конструкцию, где слои, собирающие заряд, расположены с двух сторон активного слоя. Это снижает потери энергии, но раньше такой подход было сложно реализовать стабильно. Решением стало использование 2D-перовскитов, которые не только помогают улучшить границы между слоями, но и лучше работают с коротковолновым светом.
Интересно, что учёные обнаружили: даже простое соприкосновение 2D- и 3D-слоёв уже влияет на свойства материала. А при нагреве структура 3D-слоя перестраивается в более упорядоченную и стабильную кристаллическую форму. В итоге удалось получить солнечный элемент с эффективностью 26,25% и очень высокой стабильностью — около 24 000 часов работы в ускоренных тестах. Для перовскитных технологий, которые обычно быстро деградируют, это значительный результат.
Также важно, что метод можно масштабировать для промышленного производства. Сейчас команда изучает, как использовать эту технологию в тандемных солнечных элементах, где нужно сочетать несколько слоёв для ещё более высокой эффективности.