Ученые достигли рекордных 30,3% эффективности перовскитных тандемных элементов

Исследователи из Центра имени Гельмгольца в Берлине (HZB) в Германии представили простой способ повысить производительность и коммерческую жизнеспособность высокоэффективных «тандемных» солнечных элементов, в которых светочувствительный перовскит расположен поверх кремния. Результаты исследования были опубликованы в журнале Joule.

В частности, исследователи усовершенствовали монолитные тандемные солнечные элементы из перовскита и кремния, добавив сверхтонкие затравочный слой хлорида цезия между субъячейками. Эта технология позволила достичь КПД 30,3 % благодаря совместному испарению без использования растворителя.

Микроскопическое решение для солнечной технологии

Стандартные кремниевые слои имеют наноструктурированную поверхность для оптимизации поглощения света. Однако такая неровная поверхность затрудняет равномерное формирование органических самосборных монослоев (SAM). SAM преимущественно используются в качестве слоев для транспортировки дырок. Учёные из HZB использовали современные инфракрасные и рентгеновские приборы на синхротронном комплексе BESSY II, чтобы подробно изучить границу между слоями. То, что они увидели, объяснило многолетние трудности в процессе производства.

Добавление затравочного слоя хлорида цезия изменяет микроскопический рельеф. Он выступает в качестве химической основы, выравнивая неровности нижнего слоя SAM и способствуя равномерному росту кристаллов перовскита по всей текстурированной поверхности кремния.

В результате повышения качества слоев изготовленный тандемный солнечный элемент достиг эффективности 30,3 %. Согласно пресс-релизу, это «значительное достижение для перровскитов, полученных методом испарения».

Бесрастворительное совместное испарение

Данный метод основан на вакуумном совместном испарении — безрастворительном процессе, который уже широко применяется в промышленном производстве. Удаление химических растворителей направлено на устранение одного из главных препятствий для коммерциализации перовскитных солнечных элементов: длительной деградации и нестабильности материала.

Большинство рекордных перовскитных элементов в лабораториях получают методом центрифугирования или с помощью мокрых химических процессов на основе растворов, которые плохо масштабируются для крупных текстурированных промышленных кремниевых пластин. Вакуумное совместное испарение уже является стандартным процессом, применяемым при производстве OLED-дисплеев и микроэлектроники, что значительно упрощает его внедрение на заводах.

Команда HZB, возможно, наконец-то нашла ключ к созданию доступных солнечных панелей нового поколения, пригодных для промышленного производства. Тандемные солнечные элементы из перовскита и кремния производят значительно больше энергии на квадратный метр, чем кремниевые элементы, что делает их идеальным решением для городских крыш с ограниченным пространством и энергоемких промышленных объектов, стремящихся максимально увеличить производство чистой энергии.

Кроме того, перовскиты имеют небольшой вес, а их свойства можно настраивать для получения полупрозрачных конструкций, что открывает возможности для интегрированных в строительство фотовольтаических систем (BIPV). Это позволяет напрямую интегрировать технологию производства энергии в архитектурные элементы, такие как фасады небоскребов, стеклянные окна и световые люки.

Источник: Interesting Engineering