Крупный прорыв: вакуумные перовскитные солнечные элементы сохраняют 80% эффективности после 1080 часов

Учёные из Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) сообщили о значительном достижении в области перовскитной фотовольтаики. Исследовательская группа разработала новую рецептуру многокомпонентного совместного испарения, которая существенно улучшает кристаллическую структуру перовскитных плёнок, полученных методом вакуумного осаждения.

Это решение приближает промышленное масштабирование как однослойных перовскитных элементов, так и тандемных структур «перовскит-на-кремнии».

Контроль кристаллизации — ключ к стабильности

Главное технологическое новшество заключается во введении дополнительного источника хлорида свинца (PbCl₂) в процессе термического ко-испарения. Такой подход позволяет направленно управлять ростом кристаллов.

В результате формируется широкозонный перовскит (1,67 эВ) с высокой степенью упорядоченности и преимущественной ориентацией зёрен по плоскости (100).

Практическое значение:

• более плотная и кристаллически совершенная структура;

• улучшенные оптоэлектронные характеристики;

• повышенная устойчивость к световой и тепловой деградации.

Рекордные показатели эффективности

Используя новую методику осаждения, исследователи впервые сертифицировали полностью вакуумно-осаждённый широкозонный перовскитный элемент со следующими показателями:

• 18,35% — сертифицированный КПД (0,25 см², режим MPP-трекинга);

• 19,3% — лабораторный максимум;

• 18,5% — для элемента площадью 1 см².

По словам доктора Шэня Синьи, данная работа решает фундаментальную проблему материаловедения, которая долгое время сдерживала развитие вакуумных перовскитов. В отличие от растворных технологий, вакуумный метод совместим с промышленными линиями и не требует «мокрой» химической обработки.

Испытания на долговечность: 1080 часов под нагрузкой

Для оценки стабильности применялся протокол ISOS-L-2 (International Summit on Organic Photovoltaic Stability):

• освещение полного спектра (эквивалент 1 солнца);

• без УФ-фильтра;

• температура 75 ± 5 °C;

• работа в режиме разомкнутой цепи;

• испытания в воздушной среде.

Инкапсулированные элементы сохранили 80% пиковой мощности после 1080 часов ускоренного старения — значимый показатель для перовскитных технологий, традиционно уступающих кремнию по долговечности.

Что происходит внутри элемента

Учёные применили operando-гиперспектральную визуализацию — метод, позволяющий в реальном времени анализировать распределение оптических сигналов внутри работающего солнечного элемента.

Это дало возможность:

• визуализировать сегрегацию галогенидов;

• выявить рекомбинацию носителей через ловушки;

• установить прямую связь между микроструктурой и макроэффективностью устройства.

Подобный уровень диагностики позволяет точнее прогнозировать срок службы перовскитных модулей.

Тандем «перовскит-на-кремнии»: 27,2% КПД

Высококачественные вакуумные плёнки особенно перспективны для тандемных структур, где перовскитный верхний слой устанавливается на кремниевую ячейку.

Исследователи добились:

• равномерного нанесения на промышленную кремниевую гетероструктуру;

• 27,2% эффективности для тандемного элемента площадью 1 см².

В ходе полевых испытаний в Италии такие тандемные элементы сохранили около 80% первоначальной производительности после 8 месяцев эксплуатации на открытом воздухе.

Значение для рынка ВИЭ

Разработка HKUST демонстрирует, что вакуумно-осаждённые перовскиты могут сочетать:

• высокий КПД,

• промышленную совместимость,

• улучшенную термо- и фотостабильность.

Если тенденция сохранится, технология станет ключевым элементом следующего поколения высокоэффективных солнечных панелей, особенно в сегменте тандемных модулей с КПД выше 25%.

Перовскитная энергетика постепенно выходит из лабораторной стадии и приближается к коммерческому внедрению — и этот прорыв может существенно ускорить процесс ⚡☀️