Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Гонконгского политехнического университета (PolyU) разработала новый тип перовскитно-органического тандемного солнечного элемента, который сохраняет стабильную работоспособность при частичном затенении. Результаты опубликованы в журнале Nature Materials.

Исследование показывает, что этот тонкопленочный солнечный элемент сохраняет более 90% исходной эффективности после воздействия обратного смещения до минус 40 вольт. Обычно такое обратное смещение повреждает стандартные тонкопленочные солнечные элементы. Когда солнечный свет затеняется деревьями, облаками, зданиями или птицами, солнечные панели могут испытывать напряжение обратного смещения, которое снижает выход электроэнергии и может вызвать необратимое повреждение тонкопленочных солнечных элементов. Команда PolyU заявляет, что новая конструкция обладает более высокой устойчивостью к этой проблеме, приближая технологию к практическому применению.

Тонкопленочные солнечные технологии, такие как теллурид кадмия, медь-индий-галлий-селенид, перовскит и органические солнечные элементы, популярны благодаря легкости, гибкости и низкой стоимости производства. Однако при частичном затенении панели затененные элементы генерируют отрицательное напряжение, создавая нагрузку на материал. Эти солнечные элементы одновременно переносят электроны и ионы, и длительное нахождение в состоянии обратного смещения снижает производительность и в конечном итоге приводит к повреждению. Команда обнаружила, что повреждение вызвано дефектами, называемыми глубокими ловушками (deep trap states), которые находятся в слое, генерирующем электричество — объемном гетеропереходе (bulk heterojunction). Эти дефекты захватывают заряды, снижая эффективность, и с большей вероятностью вызывают необратимое повреждение при работе в условиях обратного смещения.

Для решения этой проблемы исследователи подавили изолированные акцепторные кластеры (isolated acceptor clusters) в донорно-акцепторной смешанной области солнечного элемента, уменьшив количество глубоких ловушек и сделав устройство более долговечным. Новый органический солнечный элемент выдерживает напряжение пробоя более минус 35 вольт, устанавливая новый стандарт стабильности и эффективности органических солнечных элементов.

Исследование также показало, что улучшенный органический солнечный элемент может защитить перовскитный слой в n-i-p неорганических перовскитно-органических тандемных солнечных элементах, предотвращая повреждение устройства во время затенения за счет блокировки обратного туннелирования (reverse tunneling). Даже после воздействия напряжения минус 40 вольт тандемный солнечный элемент сохраняет более 90% исходной эффективности. Эти устройства сохраняют 90% начальной эффективности после 12 часов работы при напряжении минус 20 вольт и 97% эффективности после 2000 часов (около 83 дней) работы при напряжении минус 4,5 вольта. Исследователи отмечают, что эти результаты превосходят текущие возможности тонкопленочных солнечных технологий.

Профессор Ли Ган (Professor Li Gang), заведующий кафедрой технологий преобразования энергии факультета электротехники и электроники Гонконгского политехнического университета, заявил, что команда добилась значительного прогресса в стабильности органических и перовскитно-органических тандемных солнечных элементов в сложных условиях обратного смещения, внеся прорывной вклад в понимание работы и долговечности устройств. Эта новая работа основана на предыдущем исследовании команды, опубликованном в 2025 году в журнале Nature Energy. В том исследовании они разработали n-i-p неорганические перовскитно-органические тандемные солнечные элементы с эффективностью преобразования мощности 25,9%, независимо сертифицированной как 25,1% с помощью модуляции нижнего контакта. В этом новом исследовании эффективность преобразования мощности тандемного солнечного элемента превышает 26%, а устойчивость к напряжению обратного смещения повышена, что приближает технологию к использованию в реальных солнечных модулях.