Дослідницька група з Національного університету Сінгапуру розробила новий перовскітно-органічний тандемний сонячний елемент, сертифікований для досягнення ефективності перетворення енергії (PCE) 26.4% в межах активної площі 1 см², встановивши новий світовий рекорд для таких пристроїв. Результати дослідження були опубліковані в останньому випуску журналу Nature.

Команда наголосила, що нещодавно розроблена тандемна комірка поєднує в собі надтонкість та гнучкість, що дозволяє в майбутньому безпосередньо інтегруватися в обладнання на базі штучного інтелекту, таке як дрони, розумний текстиль та носимі пристрої, для забезпечення чистої енергії.

Проривна інновація: вузькозонний органічний абсорбер

В основі цього досягнення лежить новаторський органічний поглинач з вузькою забороненою зоною, розроблений командою. Функціонуючи як прецизійна «фотонна пастка», він ефективно захоплює фотони в ближньому інфрачервоному (NIR) діапазоні, успішно долаючи давнє технічне вузьке місце в розробці тонкоплівкових тандемних сонячних елементів.

Хоча регульовані ширини заборонених зон перовскіту та органічних напівпровідникових матеріалів пропонують потенціал для перевищення теоретичних меж ефективності, низьке поглинання в ближньому інфрачервоному діапазоні постійно перешкоджає прогресу.

Інноваційний молекулярний дизайн

Щоб вирішити цю проблему, команда розробила асиметричний органічний акцептор. Така структура не тільки розширює діапазон поглинання світла в глибокі області ближнього інфрачервоного випромінювання, але й підтримує достатню рушійну силу розділення зарядів, забезпечуючи при цьому високовпорядковане молекулярне вирівнювання. За допомогою надшвидкої спектроскопії та аналізу фізики пристрою команда підтвердила, що ця конструкція забезпечує ефективне збирання заряду з мінімальними втратами енергії.

Інтеграція пристроїв та їхня продуктивність

На практиці дослідники поєднали цю високопродуктивну органічну підкомірку з верхньою перовскітною коміркою, інтегруючи їх через прозорий провідний оксидний проміжний шар. Ключові результати включають:

● 27.5% PCE для мікропристрою площею 0.05 см2

● 26.7% PCE для стандартного пристрою площею 1 см²

● 26.4% незалежно сертифікованої ефективності для комірки площею 1 см2

Це досягнення не тільки побиває рекорд перовскітно-органічного тандему, але й перевершує перовскітно-CIGS-комірки такого ж розміру та перовскітні комірки з одним з'єднанням.