Вчені досягли рекордних 30,3% ефективності перовскітних тандемних елементів

Дослідники з Центру імені Гельмгольца в Берліні (HZB) у Німеччині представили простий спосіб підвищити продуктивність і комерційну життєздатність високоефективних “тандемних” сонячних елементів, у яких світлочутливий перовскіт розташований поверх кремнію. Результати дослідження були опубліковані в журналі Joule.

Зокрема, дослідники вдосконалили монолітні тандемні сонячні елементи з перовскіту та кремнію, додавши надтонкий затравковий шар хлориду цезію між підкомірками. Ця технологія допомогла досягти ефективності 30,3% завдяки безрозчинниковому спільному випаровуванню.

Мікроскопічне рішення для сонячної технології

Стандартні кремнієві шари мають наноструктуровану поверхню для оптимізації поглинання світла. Однак така нерівна поверхня ускладнює рівномірне формування органічних самозбиральних моношарів (SAM). SAM переважно використовуються як шари для транспортування дірок. Вчені з HZB використали сучасні інфрачервоні та рентгенівські інструменти на синхротронному комплексі BESSY II, щоб детально дослідити межу між шарами. Те, що вони побачили, пояснило багаторічні труднощі під час виробництва.

Додавання затравкового шару хлориду цезію змінює мікроскопічний рельєф. Він діє як хімічна основа, вирівнюючи нерівності підлеглого шару SAM і сприяючи рівномірному росту кристалів перовскіту по всій текстурованій поверхні кремнію.

У результаті покращення якості шарів виготовлений тандемний сонячний елемент досяг ефективності 30,3%. Згідно з пресрелізом, це “видатне значення для перовскітів, отриманих методом випаровування”.

Безрозчинникове спільне випаровування

Цей метод використовує вакуумне спільне випаровування — безрозчинниковий процес, який уже широко застосовується у промисловому виробництві. Видалення хімічних розчинників спрямоване на усунення однієї з головних перешкод для комерціалізації перовскітних сонячних елементів: довготривалої деградації та нестабільності матеріалу.

Більшість рекордних перовскітних елементів у лабораторіях використовують нанесення методом центрифугування або мокрі хімічні процеси на основі розчинів, які погано масштабуються для великих текстурованих промислових кремнієвих пластин. Вакуумне спільне випаровування вже є стандартним процесом, який застосовується для виробництва OLED-дисплеїв і мікроелектроніки, що значно спрощує його впровадження на заводах.

Команда HZB, можливо, нарешті знайшла ключ до доступних сонячних панелей нового покоління, придатних для промислового виробництва. Тандемні сонячні елементи з перовскіту та кремнію виробляють значно більше енергії на квадратний метр, ніж кремнієві елементи, що робить їх ідеальними для міських дахів із обмеженим простором і енергоємних промислових об’єктів, які прагнуть максимально збільшити виробництво чистої енергії.

Крім того, перовскіти мають невелику вагу, а їхні властивості можна налаштовувати для отримання напівпрозорих конструкцій, що відкриває можливості для інтегрованих у будівлі фотовольтаїчних систем (BIPV). Це дає змогу безпосередньо інтегрувати технологію виробництва енергії в архітектурні елементи, такі як фасади хмарочосів, скляні вікна та світлові ліхтарі.

Джерело: Interesting Engineering