Команда Гонконгського політехнічного університету (PolyU) розробила новий перовскітно-органічний тандемний сонячний елемент, який зберігає високу ефективність навіть при частковому затіненні. За результатами досліджень, тонкоплівкові сонячні елементи витримали сильне зворотне напруження –40 В, зберігши понад 90% початкової продуктивності, що є значним покращенням у порівнянні зі стандартними технологіями.

Затінення від дерев, хмар, будівель або птахів викликає зворотне зміщення напруги, що знижує вихідну потужність і може необоротно пошкодити тонкоплівкові сонячні елементи. Вони працюють із перенесенням електронів і іонів, і тривале перебування у такому стані призводить до зниження ефективності та пошкоджень. Новий дизайн від PolyU значно підвищує стійкість до цих явищ, що робить технологію більш придатною для практичного застосування.

Дослідники виявили, що основною причиною пошкоджень є глибокі ловильні стани (deep trap states) у шарі об’ємного гетеропереходу, де формується електричний струм. Ці дефекти утримують електричні заряди, що знижує ефективність і підвищує ризик необоротних ушкоджень при зворотному зміщенні. Щоб усунути цю проблему, команда припинила утворення ізольованих акцепторних кластерів у зоні змішування донорних і акцепторних матеріалів, що суттєво зменшило кількість глибоких ловильних станів і підвищило довговічність пристроїв.

В результаті нові органічні сонячні елементи витримують пробивне напруження понад –35 В без необоротних пошкоджень. Крім того, тандемні елементи захищають перовскітний шар у неорганічно-перовскітно-органічних пристроях типу n-i-p, пригнічуючи явище зворотного тунелювання, яке пошкоджує пристрій при затіненні. Навіть після впливу напруги –40 В тандемні сонячні елементи зберегли понад 90% початкової ефективності. Після 12 годин роботи при –20 В вони зберегли 90% ефективності, а після 2000 годин (близько 83 днів) при –4,5 В — 97%.

Ці результати перевищують показники сучасних тонкоплівкових сонячних технологій і розвивають попередні досягнення команди, опубліковані у 2025 році в Nature Energy. Тоді вони створили тандемні сонячні елементи з ефективністю 25,9%, підтвердженою на рівні 25,1%. Професор Лі Хан, завідувач кафедри технологій перетворення енергії факультету електротехніки та електронної інженерії PolyU, зазначив: "Виняткова стійкість до зворотного зміщення в умовах затінення була наочно продемонстрована на масштабованих мінімодулях перовскітно-органічних тандемних сонячних елементів. Це є значним кроком уперед і відкриває шлях до сталого та ефективного майбутнього на основі відновлюваних джерел енергії".

Нові тандемні сонячні елементи досягли ефективності перетворення понад 26% і стали значно стійкішими до навантажень, пов’язаних із зворотним зміщенням, що наближає технологію до практичного застосування у реальних сонячних модулях. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Materials.