Австралийские исследователи из Университета Сиднея достигли революционного прорыва в области солнечных технологий

Австралийские исследователи из Университета Сиднея достигли революционного прорыва в области солнечных технологий, установив новые мировые рекорды эффективности для крупных тройных перовскитных солнечных элементов, что может ускорить переход к более доступной и устойчивой возобновляемой энергетике.Команда под руководством профессора Аниты Хо-Бэйли из Наноинститута Университета Сиднея и Школы физики создала самый крупный и эффективный тройной перовскит-перовскит-кремниевый тандемный солнечный элемент на сегодняшний день, результаты которого были опубликованы сегодня в Nature Nanotechnology. Их элемент площадью 16 квадратных сантиметров достиг самостоятельно сертифицированной устойчивой эффективности преобразования солнечной энергии на уровне 23,3% — это самый высокий показатель для устройства такого размера. На меньшем масштабе элемент площадью 1 квадратный сантиметр показал выдающуюся эффективность в 27,06%, устанавливая новые стандарты термической стабильности.

Прорыв в долговечности и применении в реальных условиях

Этот прорыв является важным шагом к преодолению основных препятствий, мешавших перовскитной солнечной технологии достичь коммерческой жизнеспособности. Впервые в мире меньшая ячейка прошла строгий тест Международной электротехнической комиссии по тепловому циклированию, который подвергает устройства 200 циклам экстремальных колебаний температуры от -40 до 85 градусов Цельсия. После более чем 400 часов непрерывной работы под освещением ячейка сохранила 95% своей эффективности.

«Мы улучшили как характеристики, так и стойкость этих солнечных элементов», — сказала профессор Хо-Бэйли. «Это не только демонстрирует, что крупные и стабильные перовскитные устройства возможны, но и доказывает огромный потенциал для дальнейшего увеличения эффективности.»

Исследователи добились этих результатов, переосмыслив химию перовскитного материала и конструкцию тройного фотоэлемента. Они заменили менее стабильный метиламмоний на рубидий, создав перовскитную решетку, менее подверженную дефектам и деградации, и использовали вместо фторида лития пиперазиния дихлорид для улучшенной обработки поверхности. С помощью продвинутой трансмиссионной электронной микроскопии команда обнаружила, что золото на наномасштабе существует в виде наночастиц, а не сплошной пленки, что позволило им оптимально подобрать покрытие золотыми наночастицами для максимизации движения электрического заряда и поглощения света.

Ускорение перехода к чистой энергии

Персковиты всё больше ценятся в исследовании фотовольтаики благодаря их недорогому производству и способности захватывать большую часть солнечного спектра при сочетании с кремнием. Тройные солнечные элементы используют три взаимосвязанных полупроводника, каждый из которых поглощает разные части солнечного спектра, чтобы максимизировать преобразование солнечного света в электричество.

«Это крупнейшее на сегодняшний день устройство из перовскитной тройной структуры, и оно было тщательно протестировано и сертифицировано независимыми лабораториями», — сказала профессор Хо-Бейли. «Это даёт нам дополнительную уверенность в том, что данную технологию можно масштабировать для практического применения».

Исследование, проведённое в сотрудничестве с международными партнёрами из Китая, Германии и Словении при поддержке Австралийского агентства по возобновляемой энергии и Австралийского исследовательского совета, состоялось как раз в то время, когда профессор Хо-Бейли недавно была удостоена премии Eureka 2025 за исследования в области устойчивого развития за её новаторскую работу по солнечным технологиям на основе перовскитов. «Перовскиты уже показали нам, что можно превзойти эффективность, ограниченную только кремнием», — сказала она. «Эти достижения означают, что мы приближаемся к более дешёвой, устойчивой солнечной энергии, которая поможет обеспечить энергией будущее с низким уровнем выбросов углерода».

Уточнения по терминам 

"перовскит-перовскит-кремниевый" дважды слово "перовскит" пишется намеренно, чтобы обозначить три слоя в составе солнечного элемента, где первые два слоя — это перовскитные материалы разного состава или типа, а третий — кремниевый. Такой способ записи отражает название многослойного или трехслойного (трехпереходного) фотоэлемента, указывая на последовательность используемых материалов.