Ученые нашли способ сделать солнечные батареи безопасными для окружающей среды

Химики смоделировали более полутора тысяч конфигураций солнечных панелей на основе нового материала, свойства которого превзошли качества обычных перовскитов. Более того, он оказался более экологичным и не менее производительным. Появление свинцово-галогенидных перовскитных солнечных элементов (LHPSC) стало прорывом в фотоэлектрической промышленности благодаря рекордным значениям коэффициента полезного действия.

Они достигают выдающихся показателей эффективности преобразования энергии: 25% в однопереходных фотоэлементах и 29% в монолитных тандемных конфигурациях. Однако, как отметили в своей работе ученые из Автономного университета Керетаро (Мексика), традиционные перовскитные солнечные панели обладают и целым рядом недостатков: токсичностью свинца, недолговечностью и высокой нестабильностью. Это, в свою очередь, «тормозит» их широкое применение. Химики поставили задачу найти альтернативные материалы, которые сочетали бы в себе уникальные свойства свинцово-галогенидных перовскитных солнечных элементов с нетоксичной природой оксидных перовскитов. Ученые взяли за основу солнечных элементов халькогенидные перовскиты (SrHfSe 3) — эти полупроводниковые материалы химически стабильны и эффективно преобразуют солнечную энергию в электрическую. Исследователи создали солнечную батарею из нескольких слоев различных материалов, а в качестве дырочного проводника использовали дисульфид молибдена (MoS2). Затем его последовательно заменяли слоями из неорганических полупроводников, полимеров и максенов (двумерных наноматериалов, состоящих из карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов). С помощью программы моделирования солнечных батарей SCAPS-1D химики разработали 1627 конфигураций устройств на основе нового перовскита SrHfSe 3 CPs. В процессе работы ученые могли оптимизировать решающие параметры, приближенные к условиям реальной эксплуатации. Исследование показало, что халькогенидные перовскиты могут демонстрировать повышенную производительность. Лучшие результаты среди протестированных материалов оказались у трех проводящих слоев: SnS — КПД 27,87%, CPE-K — 27,39% и Ti2CO2 — 26,3%. Научная работа опубликована в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.