Тандемные солнечные панели с КПД свыше 30% готовы к массовому производству

Команда ученых из Центра материалов и энергии имени Гельмгольца в Берлине (HZB) разработала методику, позволяющую оптимизировать тандемные перовскит-кремниевые фотоэлементы и существенно облегчить процесс их изготовления. Интеграция ультратонкой прослойки хлорида цезия позволила довести коэффициент полезного действия опытного образца до 30,3%.

Ключевая ценность разработки кроется не исключительно в рекордной эффективности: осаждение перовскитного слоя осуществлялось посредством вакуумного соиспарения, полностью исключающего применение жидких растворителей.

В тандемной архитектуре кремниевая база сочетается с расположенным поверх нее перовскитным слоем. За счет поглощения различных диапазонов спектра излучения подобная гибридная система конвертирует солнечный свет в электроэнергию значительно продуктивнее классических кремниевых панелей.

Тем не менее масштабирование данной технологии до промышленных объемов сопряжено со сложностями. Барьеры проявляются уже на этапе подготовки кремниевой подложки: для снижения светоотражения на нее наносят микрорельеф, однако такая текстурированная поверхность крайне затрудняет равномерное осаждение последующих слоев.

Специалисты выяснили, что органический самособирающийся монослой, отвечающий за селективный перенос положительных зарядов, распределяется по неровностям гетерогенно. Органические молекулы концентрируются во впадинах рельефа, оставляя вершины микроструктур практически незащищенными. В процессе синтеза перовскита это приводило к выделению непрореагировавшего йодида свинца, провоцировало дефекты кристаллической решетки и формировало неоднородную мелкозернистую пленку, что резко снижало электрические параметры фотоэлемента.

Инженерное решение нашлось в применении нанометровой промежуточной прослойки хлорида цезия. Она нивелирует погрешности монослоя и формирует оптимальный базис для роста кристаллитов перовскита. В итоге светопоглощающий слой приобретает однородную структуру с минимальной концентрацией структурных дефектов.

Отказ от химических растворителей стал еще одним весомым плюсом. Хотя жидкофазные методы прекрасно демонстрируют себя на компактных лабораторных образцах, их перенос на крупноформатные текстурированные пластины сопряжен с серьезными технологическими трудностями.

В этом контексте термическое испарение в вакууме выглядит гораздо перспективнее. Данная технология уже давно внедрена в микроэлектронике и выпуске OLED-матриц, обеспечивая равномерное покрытие обширных площадей. Кроме того, «сухой» метод исключает риск химического повреждения нижележащих функциональных слоев.

КПД на уровне 30,3% свидетельствует о том, что подобный фотоэлемент способен генерировать ощутимо больше энергии с единицы площади по сравнению со стандартными аналогами. Это критически важно в условиях дефицита пространства — к примеру, при размещении установок на ограниченных площадях крыш.

Тем не менее о скором коммерческом выходе технологии говорить преждевременно: зафиксированный КПД получен пока лишь на миниатюрных лабораторных ячейках. Исследователям предстоит подтвердить устойчивость материала при масштабировании, доказать его эксплуатационную стабильность и обосновать рентабельность методики при массовом производстве.

Источник: iXBT