Повсюду ведётся активный поиск альтернативных материалов для производства солнечных ячеек, которые позволили бы отказаться от таких полупроводников, как кремний и арсенид галлия. Несмотря на показываемую 25-процентную эффективность, они слишком дороги и сложны в изготовлении. Да, есть Ячейки Гретцеля, в которых богатый электронами органический краситель абсорбирует солнечный свет и передаёт электронную плотность на полупроводник с широкой запрещённой зоной. Они значительно меньше и проще в производстве, но производительность лучших образцов не превосходит 12% (а чаще заметно ниже 10%).

И вот британские учёные осчастливили мир заявлением о том, что им наконец-то удалось найти достойную замену технологии кремниевых батарей. В Оксфордском университете изготовлен прототип фотоэлектрического преобразователя на основе подложки из инертного оксида алюминия, покрытого высококристаллической фазой органометаллического галогенида. Пока он конвертирует около 11% световой энергии в электрическую, но у разработчиков есть все основания полагать, что последующие образцы вплотную приблизятся к кремниевым чемпионам.

В ячейках Гретцля электроны с органического красителя, способного эффективно абсорбировать солнечный свет, перетекают на проводящий электрод из диоксида титана. Именно этот материал, TiO₂, по мнению авторов новой работы, и есть слабое звено всей системы, не позволяющее ей демонстрировать должную производительность. Связи титан — кислород на поверхности сильно отличаются от таковых в объёме. Из-за воздействия атмосферы на поверхности TiO₂ образуются гидроксильные группы (ОН), а также катионы титана. В результате с точки зрения энергии поверхность представляет собой пересечённую местность, где передаваемые органическим красителем электроны могут тормозиться и терять способность к совершению полезной работы.

Поэтому британцы решили поискать новый тип абсорбента среди высококристаллических фаз органометаллических галогенидов, структурно принадлежащих к перовскитам. В итоге был разработан эффективно абсорбирующий световую энергию перовскитный материал — смешанный хлорид-иодид метиламмония свинца с предполагаемой формулой CH₃NH₃PbI₂Cl. Как оказалось, материал также является хорошим проводником заряда, что сделало использование оксида титана просто излишним. Новый перовскит может быть получен в виде кристаллической плёнки на поверхности пористого оксида алюминия, являющегося изолятором; таким образом, все электроны, генерируемые в слое перовскита, будут напрямую передаваться на электрод.

Представленное выше видео демонстрирует простоту создания солнечной батареи на основе перовскитного покрытия, которое кристаллизуется в виде плёнки методом «накапывания на вращающуюся подложку» (spin-casting):

Авторы исследования (его результаты опубликованы в журнале Science) утверждают, что их система генерирует высокое напряжение с минимальными энергетическими потерями. И это даёт все основания «подозревать» разработку во внушительном конверсионном потенциале.

Подготовлено по материалам Chemistry World.