Группа исследователей из Национального университета Сингапура разработала новый тандемный солнечный элемент на основе перовскита и органического материала, сертифицированный как обладающий эффективностью преобразования энергии (КПЭ) 26.4% на активной поверхности площадью 1 см², что является новым мировым рекордом для подобных устройств. Результаты исследования опубликованы в последнем номере журнала Nature.

Команда подчеркнула, что недавно разработанный тандемный элемент сочетает в себе сверхтонкость и гибкость, что позволяет в будущем интегрировать его напрямую в оборудование на базе искусственного интеллекта, такое как беспилотники, интеллектуальный текстиль и носимые устройства, для получения чистой энергии.

Прорывная инновация: органический поглотитель с узкой запрещенной зоной

В основе этого прогресса лежит новаторский узкозонный органический поглотитель команды. Функционируя как прецизионная «фотонная ловушка», он эффективно захватывает фотоны в ближнем инфракрасном (NIR) диапазоне, успешно преодолевая давнее техническое узкое место в разработке тонкопленочных тандемных солнечных элементов.

Хотя регулируемые ширины запрещенной зоны перовскита и органических полупроводниковых материалов обладают потенциалом для превышения теоретических пределов эффективности, низкое поглощение в ближнем ИК-диапазоне постоянно тормозит прогресс.

Инновационный молекулярный дизайн

Чтобы решить эту проблему, команда разработала асимметричный органический акцептор. Эта структура не только расширяет диапазон поглощения света в области глубокого ближнего ИК-диапазона, но и поддерживает достаточную движущую силу разделения зарядов, обеспечивая при этом высокоупорядоченное молекулярное выравнивание. С помощью сверхбыстрой спектроскопии и анализа физики устройства команда подтвердила, что эта конструкция обеспечивает эффективный сбор заряда с минимальными потерями энергии.

Интеграция устройств и производительность

На практике исследователи соединили этот высокопроизводительный органический субэлемент с верхней перовскитной ячейкой, интегрировав их через прозрачный проводящий оксидный промежуточный слой. Ключевые результаты включают:

● 27.5% КПД для микроустройства площадью 0.05 см2

● 26.7% КПД для стандартного устройства площадью 1 см2

● Эффективность 26.4% для ячейки площадью 1 см2, сертифицированная независимыми экспертами

Это достижение не только побило рекорд тандема перовскит-органика, но и превзошло показатели ячеек перовскит-CIGS того же размера и однопереходных перовскитных ячеек.