Тандемные фотоэлементы с эффективностью почти 30%

Современные солнечные модули в основном производятся из кремния, и возможности для дальнейшего повышения эффективности уже в значительной степени использованы. Но с 2008 года класс материалов «металогалогенидных перовскитов» переместился в фокус исследований: эти полупроводниковые соединения очень хорошо превращают солнечный свет в электрическую энергию, и могут хорошо сочетаться с другими полупроводниковыми технологиями. В частности, их можно совместить с кремниевыми солнечными батареями для создания тандемных фотоэлементов, которые гораздо эффективнее используют солнечный свет.

Инженеры исследовательского центра Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) добились эффективности 29,8% у тандемного солнечного элемента с основой из кристаллического кремния и слоем из перовскита (галогенида металла). Этот полупроводниковый материал был в центре внимания ученых HZB в течение нескольких лет.

Благодаря достижению новой эффективности немецкие исследователи побили свой собственный рекорд в 29,15% для тандемного фотоэлемента, сделанный в январе 2020 года. Затем, в декабре этого же года сотрудники Oxford PV достигли 29,52%. Но гонка за рекордной эффективностью далека от завершения, уверены ученые.

«Эффективность 30% – это психологический предел для этой захватывающей новой технологии. В ближайшем будущем она может произвести революцию в фотоэлектрической индустрии», — объясняет Стив Альбрехт, один из участников исследования.

В своей работе ученые сконцентрировались на оптическом улучшении кремниевой ячейки с гетеропереходом, которая составляет основу тандема. Для этого на переднюю часть было нанесено нанотекстурирование и добавлен диэлектрический задний отражатель, который направляет больше света в ячейку. Однако прежде всего, для повышения эффективности основным преимуществом является нанотекстурирование на границе между кремнием и перовскитом.

Читайте также: Будущее солнечной энергетики за материалами из перовскитов

Основное внимание было уделено тому, как увеличивается плотность фототока с применением различных текстур. «Даже нанотекстурирование на одной стороне улучшает поглощение света и обеспечивает более высокий ток короткого замыкания по сравнению с плоским эталоном, — говорит Йоханнес Саттер из HZB. — Примечательно, что наноструктуры также приводят к небольшому улучшению качества образования электронов и к лучшему образованию пленки из перовскитных слоев», — добавляет его коллега Филипп Токхорн.

В то время как пограничный слой между двумя тандемными элементами улучшает транспортировку носителей заряда, диэлектрический отражатель увеличивает количество света, попадающего в ячейку. Это обеспечивается за счет отражения инфракрасного света на задней стороне ячейки обратно в кремниевый поглотитель. «С помощью диэлектрического отражателя, мы смогли более эффективно использовать эту часть солнечного света, что привело к увеличению фототока», — говорит Александрос Круз Бурназу, который также принимал участие в исследовании.

Ученые уже имеют представление о том, как еще больше повысить КПД тандемного фотоэлемента. Речь идет о наноструктурировании слоев поглотителя с обеих сторон. По их утверждению, это сделает 30-процентную эффективность реалистичной.

Читайте также: Солнечные панели на основе перовскитов

Источник: helmholtz-berlin.de

Спасибо за ваше внимание.😌 Если понравилось, пожалуйста поделитесь с друзьями в комментариях, черкните пару строк своего мнения.✍