Производительность новых материалов для солнечных батарей, минералов под названием перовскиты, существенно возросла за последние месяцы. Но с ними по-прежнему связано множество проблем.

Перовскиты, или титанаты кальция, – это широкий класс кристаллических минералов, которые открыли более века назад, а их способность преобразовывать солнечную энергию в электричество была выявлена в 2009 году. С тех пор эффективность перовскитных солнечных батарей выросла с 3,8% до 19,3%, то есть по темпу совершенствования они не могут соперничать ни с одной другой солнечной технологией.

Однако самые эффективные перовскиты содержат высокотоксичный свинец. Устройства, в которых свинец не содержится, до сих пор могли преобразовывать всего 6% энергии солнечного света в электричество. Также перовскитные соединения являются солеобразными минералами, которые легко растворяются в воде и даже во влажном воздухе. А перспектива капель жидкого свинца на крышах домов с солнечными батареями – не самая приятная для компаний, которые стремятся коммерциализировать технологию.

Теперь две независимые исследовательские группы пытаются решить эти проблемы, используя схожие подходы: они заменяют обычный свинец в комплексной кристаллической структуре оловом. Этот металл находится чуть выше свинца в периодической таблице и имеет аналогичную электронную структуру. Прототип батареи, изготовленный группой Генри Снейта (Henry Snaith) из Оксфордского университета, обеспечивает максимальную эффективность преобразования энергии 6,4%.

Другие солнечные элементы, полученные учёными из Северо-Западного университета в Эванстоне (США), эффективны на 5,73%, что является неплохой отправной точкой для дальнейшей работы по усовершенствованию данной технологии. Это устройство имеет пятислойную конструкцию, общая толщина которой не превышает двух микрометров. Оно состоит из слоёв электропроводящего стекла и диоксида титана, действующих как прозрачный фронтальный электрод. Далее следуют светопоглощающий слой перовскита, слой дырочного транспорта из замещённых молекул пиридина и тонкое золотое покрытие – задний электрод.

Как утверждают эксперты, это значительный шаг на пути к реализации недорогих, высокопроизводительных и экологически безопасных солнечных батарей нового поколения.

Подробности исследований были опубликованы в изданиях Energy & Environmental Science (http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ee..) и Nature Photonics (http://www.sciencemag.org/content/344/6183/458.summary).