Содержание 35% брома в рецептуре Университета штата Пенсильвания повышает характеристики перовскитных фотоэлементов для внутреннего освещения

Репортаж от Wedoany，Исследователи из Университета штата Пенсильвания (Penn State) разработали перовскитную тонкую плёнку для внутреннего освещения, которая повышает эффективность поглощения искусственного света материалом и одновременно улучшает сохранение его характеристик при длительном воздействии более яркого света. Соответствующие результаты опубликованы в журнале APL Energy.

Традиционные солнечные элементы ориентированы на улавливание широкого спектра солнечного света, тогда как устройства внутренней фотовольтаики сталкиваются с иными условиями: интенсивность искусственного освещения значительно ниже, а спектр уже. Это означает, что материалы, оптимизированные для солнечного света, не обязательно лучше всего подходят для сбора света от светодиодов или других источников внутреннего освещения.

Группа начала с кристаллической структуры галогенидных перовскитов металлов, скорректировав в них соотношение брома и йода. Всего было изготовлено шесть составов с различным соотношением, и их оптические свойства постепенно смещались в сторону длин волн, характерных для внутреннего освещения. По словам исследователей, состав с содержанием 35% брома показал наилучшие результаты в экспериментах. Эта работа также показывает, что дизайн материалов для внутренней фотовольтаики может отличаться от традиционных солнечных панелей — исследователям не нужно стремиться к максимальному поглощению во всём солнечном спектре, а можно смещать ширину запрещённой зоны полупроводника в сторону более узкого спектра искусственного света.

Исследователи также изучили способ формирования самой перовскитной плёнки. В процессе изготовления материал сначала растворяется в растворителе, а затем кристаллизуется при испарении растворителя. Вместо обычно используемого хлорбензола команда применила в качестве антирастворителя дихлорбензол. Эта корректировка основана на предыдущих работах членов исследовательской группы и направлена на получение более однородных плёнок с плотными зёрнами и меньшим количеством пустот и дефектов, поскольку такие дефекты нарушают перемещение зарядов и ослабляют фотовольтаические характеристики. Последним шагом стало нанесение на поверхность перовскита бромида фенэтиламмония (PEABr) — эта соль образует пассивирующий слой, который помогает защитить материал от дефектов и деградации при длительном освещении.

В ходе испытаний полученные устройства в течение 240 часов непрерывной работы при высокой интенсивности освещения не показали снижения характеристик. Основываясь на наблюдаемых тенденциях, исследователи оценивают, что устройство может стабильно работать тысячи часов; однако эта оценка является прогнозом, а не доказанным сроком службы. Интенсивность освещения при испытаниях составляла примерно от 10 до 50 раз больше интенсивности, требуемой недавно предложенной согласованной методикой оценки внутренней фотовольтаики, что эквивалентно примерно 8%–50% интенсивности солнечного света.

Потенциальное применение связано скорее не с заменой кровельных солнечных панелей, а с избавлением маломощных электронных устройств от батарей и проводного питания. Умные термостаты, датчики, пульты дистанционного управления и некоторые носимые электронные устройства могли бы работать за счёт непрерывного сбора окружающего света, не полагаясь полностью на одноразовые или перезаряжаемые батареи. Однако на пути к коммерциализации по-прежнему стоит главное препятствие — долговечность. В обзоре 2026 года о перовскитной внутренней фотовольтаике Университета штата Пенсильвания отмечается, что некоторые устройства сообщают о КПД выше 44%, тогда как исследований, в которых долгосрочная стабильность сообщается по стандартизированным протоколам, относительно немного. Исследователи считают, что более качественное тестирование стабильности имеет решающее значение для понимания того, как лабораторные результаты преобразуются в реальный срок службы.

Таким образом, это новое устройство скорее продвигает сбор внутреннего света к практическому применению, чем представляет собой готовую замену батарей.