Солнечные элементы нового поколения

Квантовые точки — это полупроводниковые нанокристаллы размером до десятков нанометров, чьи фотоэлектрические свойства зависят от размеров. Их применяют в разных областях, в том числе при производстве солнечных элементов. Синтезировать квантовые точки относительно просто, при их выращивании в растворах не нужна твердая подложка. Однако для создания на них работающих солнечных элементов необходим метод, который сокращает расстояние между точками в фотоактивном слое. Это можно сделать, например, с помощью больших органических лигандов, привязанных к поверхности точек.

Квантовые точки, имеющие кристаллическую структуру перовскита, считают перспективным материалом для солнечной энергетики. Сегодня такие неорганические точки служат материалами для солнечных батарей с кпд до 16%. Органические же квантовые точки, у которых есть приемлемая полоса поглощения солнечного света, работают значительно хуже из-за кристаллических и поверхностных дефектов.

Проблему низкого кпд решила группа корейских ученых из Ульсанского национального института науки и технологий под руководством профессора Сунг-Йеон Чанга (Sung-Yeon Jang). Для перовскитных квантовых точек галогенида свинца группа предложила новые лиганды на основе йодистого алкиламмония взамен метилацетатных лигандов, не позволявших получать элементы с кпд выше 13%.

Подход оказался удачным и позволил синтезировать перовскитные квантовые точки с хорошо контролируемыми дефектами, а затем получить из них качественный фотоактивный слой для солнечных элементов. Внутренние дефекты этого слоя надежно подавлены, поэтому такие элементы исключительно стабильны — работоспособны 1200 часов при освещении в условиях разомкнутой цепи. Солнечный элемент также сохраняет свои характеристики после хранения более двух лет.

Но главное, что технология позволила достичь рекордного кпд батарей — 18,1%, что дает надежду на создание дешевых солнечных батарей нового поколения. Профессор Чанг сообщил, что это самая высокая эффективность среди элементов на квантовых точках, и она признана Национальной лабораторией возобновляемой энергии США. По словам Сунг-Йеон Чанга, технология уже привела к созданию стартапа по производству новых солнечных элементов. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Energy.