Сразу в двух недавних отдельных исследованиях европейские ученые, разработав новые тандемные элементы из перовскита и кремния, смогли увеличить эффективность преобразования солнечной энергии до показателя более чем 30%. Об этом сообщает тайваньский портал TechNews. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Разработки новых методов изготовления тандемных солнечных элементов из перовскита и кремния позволили выйти за пределы возможностей традиционных фотоэлектрических элементов на основе кремния и преодолеть знаковый «порог эффективности» преобразования энергии, превышающий 30%.
В одном из исследований, проведенном германскими специалистами из отдела солнечной энергии Центра Гельмгольца в Берлине, в сотрудничестве с коллегами из Института физики и астрономии Потсдамского университета, прорывный скачок эффективности был достигнут за счет оптимизации осаждения перовскита на кремниевой основе с использованием добавок фосфоновой кислоты.
В другом исследовательском проекте, осуществленном под общим руководством Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), при участии научных сотрудников Швейцарского центра электроники и микротехнологий (CSEM) в городе Невшатель, Левенского университета в Бельгии и Люксембургского института науки и технологий (LIST), использовалась ионная жидкость для улучшения извлечения заряда.
Кремниевые солнечные элементы, которые представляют собой наиболее распространенную на сегодняшний день фотоэлектрическую технологию, быстро приближаются к своему теоретическому максимальному КПД преобразования энергии (PCE) в 29%.
Одним из способов дальнейшего повышения эффективности солнечного элемента является оптимизация спектра солнечного света для преобразования в энергию. Этого можно добиться путем объединения двух или более связанных между собой фотоактивных материалов в единое устройство, что улучшит сбор солнечной энергии.
В частности, объединение перовскитных и кремниевых солнечных элементов в тандемное устройство способно открыть многообещающий путь к созданию более высокопроизводительных фотоэлектрических систем. Это показали два отдельных недавних исследования, в которых были реализованы различные стратегии разработки тандемных солнечных элементов из перовскита и кремния с PCE, превышающим 30%.
Синь Юй Чин и его коллеги по исследованию под эгидой EPFL продемонстрировали, что равномерное осаждение верхней ячейки из перовскита на нижнюю кремниевую ячейку с микрометрическими пирамидами (стандартная конфигурация отрасли) может способствовать созданию высоких фототоков в тандемных солнечных элементах.
Исследователи установили, что использование добавок фосфоновой кислоты во время обработки клеток не только улучшило процесс кристаллизации перовскита, но также помогло уменьшить рекомбинационные потери. В качестве доказательства своей концепции разработчики изготовили тестовое фотоэлектрическое устройство с активной площадью 1,17 квадратных сантиметра, которое достигло сертифицированного PCE 31,2%.
Используя другой подход, Сильвия Мариотти, Эйке Кенен, Флориан Шелер и их коллеги показали, что использование ионной жидкости (йодида пиперазиния) существенно улучшает выравнивание полос и усиливает извлечение заряда на границе раздела тригалогенидного перовскита и слоя переноса электронов за счет создания положительного диполя. Используя эту модификацию, германские исследователи разработали тандемный солнечный элемент из перовскита и кремния, который продемонстрировал впечатляющее напряжение холостого хода до 2,0 В и сертифицированный PCE до 32,5%.
По итогам прошлых исследований, максимальная эффективность преобразования солнечной энергии тандемным элементом из перовскита и кремния установила рекорд в 25,2% в 2018 году, затем этот порог дважды вырос (до 27,7% и 29,15%) в 2020 году, а предыдущий рекордный показатель впервые достиг 30% в 2021 году.