Ученые нашли идеальную толщину перовскита для солнечных батарей

Солнечная энергетика продолжает искать способы сделать батареи дешевле и эффективнее. Одним из перспективных материалов считается перовскит: он дешевле кремния, а КПД может быть выше. Однако на практике всё зависит от множества параметров, в том числе от толщины слоя. Ученые из КБГУ и СКГМИ решили выяснить, при какой толщине перовскит покажет лучшие результаты.

Моделирование вместо эксперимента

Авторы не изготавливали реальные образцы, а провели компьютерное моделирование в программе SCAPS-1D. Этот софт решает уравнения Пуассона и описывает движение зарядов внутри полупроводника. Такая виртуальная лаборатория позволяет быстро перебирать разные варианты без затрат на материалы.

В модель заложили многослойную структуру: прозрачный электрод из оксида индия-олова, слой для транспорта электронов из оксида цинка, поглотитель — перовскит, слой для транспорта дырок из оксида никеля и тыльный электрод из серебра. Каждый элемент подбирался не случайно — оксид цинка обеспечивает высокую подвижность электронов, а оксид никеля хорошо проводит дырки и стабилен в работе.

Оптимальной оказалась толщина перовскита около 1,55 микрона. При этом расчетная удельная мощность составила 24,7 мВт/см². Как отмечает инженер центра микроэлектроники и нанотехнологий КБГУ Артур Агоев, коммерческие кремниевые батареи обычно выдают КПД 16–18%, так что результат 24,3% — серьезное улучшение.

Ограничения и планы

Ученые подчеркивают, что их модель пока не учитывает деградацию перовскита — со временем этот материал может терять свойства. Поэтому следующим шагом станет изучение стабильности и экспериментальная проверка расчетов. Кроме того, Агоев работает над поиском альтернативных неорганических поглотителей, например на основе сульфидов металлов. Они могли бы дополнить перовскиты или даже заменить их в будущем.

«Нужен материал с таким же поглощением света и подходящей шириной запрещенной зоны — эти параметры играют важную роль в эффективности солнечных элементов», — пояснил ученый. Исследователи уверены, что полученные результаты стоит использовать при оптимизации перовскитных фотоэлектрических преобразователей.