Благодаря сотрудничеству Лаборатории Фотовольтаики и Тонкопленочной Электроники EPFL и известного инновационного центра CSEM был установлен новый рекорд эффективности для тандемных кремний-перовскитовых солнечных элементов.

Это событие имеет огромное значение, поскольку исследователи впервые преодолели рубеж в 30 процентов, используя недорогие материалы, и установили два зарегистрированных мировых рекорда, раздвинув рамки кремниевых технологий.

Новые фотоэлектрические панели. D. Turkay, C. Wolff/EPF

"Нам удалось преодолеть психологический барьер", - рассказывает Кристоф Баллиф, руководитель Лаборатории Фотовольтаики EPFL и Центра устойчивой энергетики CSEM, в своем пресс-релизе. "Мы экспериментально подтвердили высокоэффективный потенциал тандемных перовскитов на базе кремния. Ранее КПД в 30 процентов уже был, достигнут с помощью других видов материалов, а именно III-V полупроводников. Однако такие материалы и процессы, используемые для их производства, слишком дороги для устойчивого энергетического перехода (стоимость подобных устройств в тысячу раз выше, чем у кремниевых солнечных батарей)".

"Наши результаты впервые продемонстрировали, что 30-процентный барьер можно преодолеть с помощью недорогих материалов и производственных технологий, открывая тем самым новые перспективы для будущего фотоэлектрической энергетики", - продолжил он.

Разрушая границы и выходя за рамки

Солнечные батареи ограничены  возможностями материала, из которого они изготовлены. Сегодня кремний является самым распространенным сырьем для изготовления солнечных элементов, однако, несмотря на его популярность, он имеет свои недостатки, поскольку его теоретическая эффективность ограничена ≈ 29 %. В настоящее время КПД этой технологии составляет чуть менее 27 процентов, что дает очень небольшой запас для потенциального роста эффективности.

Пытаясь преодолеть этот рубеж, ученые дополнили кремний фотоэлементами из другого материала, создав таким образом "тандемные" устройства. В пресс-релизе сообщается, что высокоэнергетический видимый свет поглощается верхней ячейкой, а низкоэнергетический свет ИК диапазона элементом расположенным снизу. В качестве материала для верхних ячеек были выбраны галогениды перовскита, поскольку они более эффективно, чем кремний преобразуют видимый свет в электрическую энергию. Более того, они не практически не влияют на стоимость конечной продукции.

В ходе последних исследований ученые из EPFL и CSEM сумели разработать и повысить эффективность кремний-перовскитовых элементов, используя две различные концепции.

Тандемные кремний-перовскитные солнечные элементы

Первая состояла из несколько слоев перовскита, нанесенных методом осаждения на плоскую поверхность кремния. В результате для тестового элемента площадью 1 см² (0,2 дюйма²) удалось достичь КПД 30,93%. 

Во втором случае для нанесения перовскита на текстурированный кремний использовалась гибридная технология парожидкостного осаждения. В данном случае эффективность солнечного элемента в 1 см² составила 31,25 %. 

По утверждению экспертов, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, насколько хорошо новые разработки могут быть масштабированы на практике. Это позволило бы создать новые конструкции с увеличенной площадью поверхности и гарантировать, что такие солнечные элементы смогут поддерживать стабильную мощность на крышах домов и в других местах в течение стандартного срока службы.

"Новая технология с использованием перовскита и кремния, как уже было сказано ранее, способна выйти за пределы КПД в 30%, однако впервые это было подтверждено на практике. Мы надеемся, что в будущем такие устройства проложат путь к еще более дешевому экологичному электричеству", - отметил Кристиан Вольфф из EPFL. 

Источники:Центр устойчивой энергетики CSEM, Journal Pcmag
(https://www.csem.ch/page.aspx?pid=172296)
(https://www.pcmag.com/encyclopedia/term/iii-v-semiconductor)