Солнечные батареи из перовскита в будущем могут заменить привычные солнечные панели из кремния. Производство кремниевой альтернативы считается экономически эффективным, и теоретически КПД может быть выше, до 31%. Перовскит подходит не только для наружных солнечных элементов, но и для использования в помещениях, где он преобразует искусственный свет обратно в энергию. Технология может позволить таким устройствам, как клавиатуры, пульты дистанционного управления или будильники, работать от батареек меньшей ёмкости или даже без них.
Исследователь с небольшой солнечной батареей. Фото: Джеймс Тай
Однако главная проблема перовскитных солнечных элементов — их короткий срок службы. Воздействие окружающей среды, такое как тепло, влажность и, особенно, яркий солнечный свет, приводит к быстрому старению элементов.

Ключевым фактором являются мельчайшие дефекты в кристаллической структуре материала. Они задерживают электроны до того, как их электрическая энергия будет использована. Эти дефекты способствуют тому, что со временем эффективность перовскитных элементов снижается по мере деградации материала.

Исследователи из Университетского колледжа Лондона в сотрудничестве с партнерами из Китая и Швейцарии разработали перовскитные элементы, которые значительно долговечнее тех, что представлены на рынке в настоящее время. Они рассчитаны на срок службы не менее 5 лет, а не всего несколько недель или месяцев. Кроме того, утверждается, что они примерно в 6 раз эффективнее своих аналогов.
Производство перовскитных солнечных элементов. Фото: Джеймс Тай

«В настоящее время мы ведем переговоры с промышленными партнерами о стратегиях масштабирования и коммерческого внедрения», — заявили исследователи в пресс-релизе.

Исследователям удалось снизить «плотность дефектных участков» с помощью химического вещества. Они использовали хлорид рубидия, что обеспечило более равномерный рост кристаллов перовскита. Для обеспечения более длительного сохранения эффективности были добавлены два дополнительных химиката.

Таким образом, новые солнечные элементы смогли преобразовать 37,6% искусственного света в электричество — мировой рекорд для солнечных элементов, предназначенных для помещений. Испытания проводились при освещенности 1000 люкс, что примерно соответствует яркости хорошо освещенного офиса.

Через 100 дней эффективность новых разработанных элементов снизилась всего на 8%. Контрольные элементы без специальной химической обработки потеряли около четверти. Новые элементы также показали лучшие результаты в испытании на долговечность при 300 часах непрерывного освещения и температуре окружающей среды 55 °C. Они сохранили около 76% своей эффективности, в то время как контрольные элементы достигли 47%.