Инженеры из Принстона совершили прорыв в возобновляемой энергетике, разработав первый перовскитовый фотоэлемент с экономически оправданным сроком службы. По оценкам разработчиков, устройство может работать с повышенной производительностью в течение 30 лет, что на десять лет больше, чем у стандартных солнечных элементов, которые используются в индустрии сейчас.

Устройство, изготовленной в Принстонском университете, не только соответствует общим стандартам эффективности, но и впервые может конкурировать с производительностью кремниевых элементов, господствующих на рынке с середины прошлого века.

Перовскиты — полупроводники с особой кристаллической структурой, которая хорошо подходит для преобразования энергии фотонов в электричество. Их можно изготавливать при комнатной температуре и с меньшими затратами, чем кремниевые. Кроме того, в отличие от них, перовскитовые фотоэлементы могут быть гибкими и полупрозрачными, что расширяет область их применения.

Однако, в отличие от кремния, перовскитовые элементы слишком хрупкие. Первые образцы, созданные в 2009–2012 годах, ломались через несколько минут работы. В 2017 был установлен рекорд — фотоэлемент из перовскита проработал год под постоянным освещением в лабораторных условиях. Новое устройство в пять раз превосходит его по сроку службы в тех же условиях, пишет EurekAlert.

Поскольку проводить испытания в режиме реального времени — это ждать результатов 20–30 лет, исследователи разработали новый метод ускоренного тестирования, когда устройство проходит процесс интенсивного старения под действием жара: от температуры теплого солнечного дня до 110 градусов Цельсия. И установили, что их изобретение будет работать с 80-процентной эффективностью при непрерывном освещении по меньшей мере пять лет, даже если средняя температура составит 35 градусов. По стандартным метрикам это равняется 30 годам работы под открытым небом в широтах юга Европы.

Для того чтобы прийти к такому результату, исследователи разработали и поместили защитный слой между двумя критически важными компонентами элемента: абсорбирующим перовскитовым слоем и слоем из солей меди и прочих веществ, переносящим заряд. Толщина этого двухмерного слоя минимальная — всего один атом. Ученые многократно модифицировали эту конструкцию, меняя геометрию и число слоев, а также тестируя различные конфигурации материалов. И, наконец, добились пиковых показателей.