Исследователи представили новую дорожную карту по созданию перовскитных полупроводников, которые могут использоваться в солнечных элементах и светодиодах. Перовскит может предложить множество преимуществ перед чисто кремниевыми полупроводниками, в частности, благодаря его устойчивости к производственным дефектам.
В новой статье, опубликованной в журнале APL Materials, исследователи представили возможную дорожную карту для приближения этой кремниевой альтернативы к производству.
Перовскит способен предложить множество преимуществ перед современными кремниевыми панелями. В то время как кремний должен выращиваться в дорогостоящем процессе, перовскитные полупроводники могут производиться с использованием гораздо более дешевого процесса, предлагая при этом настраиваемую функциональность.
Кремниевые полупроводники не могут обрабатываться в ванне с раствором, так как такая ванна более склонна к образованию дефектов в материале:
Многие годы полупроводники, обрабатываемые раствором, считались неспособными обеспечить такую же функциональность, как специально выращенные кристаллические полупроводники. Причина этого мнения заключалась в том, что простая обработка раствором неизбежно приводит к относительно большому количеству дефектов в сформированной кристаллической структуре, что может негативно сказаться на ее функциональности.
Лукас Шмидт-Менде, соавтор, Университет Констанца, Германия
Однако гибридная структура перовскита делает его очень устойчивым к дефектам. Это позволяет обрабатывать его из раствора, используя покрытие из полупроводниковой пасты для создания желаемого продукта, будь то солнечный элемент или светодиод.
Этот процесс также позволяет настраивать полупроводники для конкретной цели. Таким образом, перовскитные светодиоды могут быть настроены на определенную длину волны света, в то время как профиль поглощения солнечных элементов может быть оптимизирован.
Хотя перовскит может обеспечивать более эффективные панели, исследователи также указывают на основные недостатки материала, которые необходимо устранить, прежде чем какие-либо перовскитные панели будут пригодны для реальных солнечных установок.
Эти недостатки связаны с использованием тяжелых металлов, в первую очередь свинца, а также с гораздо более коротким сроком службы перовскитных панелей по сравнению с современными кремниевыми аналогами.
Другие исследователи продолжают сосредоточиваться на решении этих проблем, чтобы вывести более эффективные панели на рынок. В 2019 году исследователи обнаружили самовосстанавливающийся полимер, который может эффективно герметизировать токсичные материалы. Хотя предпочтительнее было бы вообще отказаться от использования свинца, такая герметизация может помочь минимизировать негативное воздействие, выводя на рынок потенциально превосходящий материал.
Ранее в этом году исследователи из Университета Брауна нашли способ повысить долгосрочную надежность перовскитных солнечных элементов. Используя слой, который имеет атом кремния с одной стороны и атом йода с другой, исследователи смогли повысить общую эффективность, а также долгосрочную надежность. Признавая, однако, что надежность и срок службы этих панелей по-прежнему значительно уступают стандартным кремниевым предложениям. Они оценили, что срок службы панели при 80% эффективности составит всего 4000 часов. Даже менее качественные солнечные панели деградируют примерно на 0,8% в год, что означает, что требуется более 20 лет, чтобы их эффективность упала до 80%.
Хотя перовскиту явно предстоит пройти долгий путь, прежде чем он будет полностью готов для широкого применения, каждое улучшение является многообещающим шагом на пути к более эффективному будущему.