Несколько научно-исследовательских групп разработали солнечные элементы, которые преодолели долгожданный рубеж в 30% эффективности. В двух научных статьях, опубликованных в четверг, ученые описывают процессы, с помощью которых они разработали гибридные солнечные батареи на основе перовскита и кремния с повышенным напряжением без нагрузки, что позволило повысить коэффициент преобразования энергии, который может дать толчок развитию индустрии солнечных батарей.

Проще говоря, эффективность солнечной батареи показывает, сколько солнечного света она может преобразовать в электричество. Если конкретный солнечный элемент имеет коэффициент полезного действия 25%, четверть всего солнечного света, попадающего на элемент, превращается в полезную электроэнергию. Большинство имеющихся в продаже солнечных элементов (те, которые составляют панели на крыше вашего дома или на парковке вашего местного университета) обладают максимальной эффективностью 24,5%. Для сравнения, экспериментальные элементы максимально достигали лишь 27%. В связи с этим учёные давно ставили перед собой задачу создать элемент, который мог бы достигать 30% и более, и, наконец, им это удалось. 

В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи из Германии пишут, что новая версия перовскит-кремниевого солнечного элемента может похвастаться эффективностью 32,5%. Для этого был выбран трехгалоидный перовскит с полосой пропускания 1,68 электрон-вольт, который был модифицирован с помощью йодида пиперазиния для увеличения извлечения заряда. Благодаря улучшенному выравниванию полос пропускания в батарее исследователи уменьшили потери из-за нерадиационной рекомбинации, обычно связанной с релаксацией носителей заряда. Преодолев это существенное препятствие на пути к повышению эффективности, исследователи измерили напряжение без нагрузки в 2,0 вольта в гибридной батарее, что в итоге позволило получить эффективность преобразования энергии 32,5% на активной площади более 1 см². 

Сеть солнечных батарей.

Другая группа ученых из Швейцарии, Бельгии и Австралии добилась аналогичных результатов со своей версией гибридного солнечного элемента из перовскита и кремния. Как и в первой группе, йодид пиперазиния позволил команде отрегулировать выравнивание полос пропускания для обеспечения напряжения без нагрузки в 2,0 вольта. Активная площадь 1,17 квадратных сантиметра обеспечивает эффективность 31,25%. 

Это не единственные группы, которые преодолели отметку в 30% эффективности, и они не являются группами с самыми высокими коэффициентами преобразования энергии. В мае группа инженеров из Саудовской Аравии объявила, что они достигли коэффициента полезного действия 33,7%, используя свои собственные гибридные элементы из перовскита и кремния. Хотя их работа еще не опубликована ни в одном крупном научном журнале, в начале этого года Европейская установка для испытаний солнечной энергии (ESTI) сертифицировала их результаты. LONGi, китайский производитель солнечных элементов, также сообщил в прошлом месяце, что достиг коэффициента полезного действия 33,5%. 

Теперь цель состоит в том, чтобы начать массовое производство новых солнечных панелей для потребителей. На данный момент солнечные элементы шириной в сантиметр отлично работают в лаборатории, но коммерческие элементы намного больше — обычно около 15 квадратных сантиметров. Кроме того, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, смогут ли эти элементы выдержать различные погодные условия.