Группа инженеров из Федеральной политехнической школы Лозанны и Швейцарского центра электроники и микротехнологии (CSEM) разработала метод создания двухкаскадных фотоэлементов, которые одновременно состоят из перовскитного и кремниевого слоев. Ранее ученые уже создавали подобные тандемные модули, но швейцарским исследователям удалось добиться рекордного показателя эффективности преобразования в 25,2%, который при необходимости можно увеличить до 30%.
Как поясняет Science Daily, традиционные кремниевые фотоэлементы занимают 90% рынка солнечных панелей. Большинство модулей преобразует солнечный свет в электричество с эффективностью 20-22%. Однако постепенно производители таких панелей приближаются к максимально возможному показателю КПД. Для его преодоления требуются новые разработки.
Одним из решений могут стать гибридные модули на основе кремния и высокоэффективных перовскитов. Так называемые двухкаскадные фотоэлементы исследуют во многих лабораториях, но пока технологию не удается масштабировать из-за высокой себестоимости.
Швейцарские инженеры нашли решение проблемы. Для этого они разработали новый метод нанесения перовскитного слоя на кремниевую основу. Поверхность из кремния представляет собой скопление небольших пирамидок размером 5 мкм, которые удерживают свет и не позволяют поверхности отражать солнечные лучи. Однако пирамидальная текстура не позволяет равномерно нанести на кремний однородную перовскитную пленку. В жидкой форме перовскит покрывает модуль не полностью, в результате это приводит к коротким замыканиям.
Обычно при производстве двухкаскадных фотоэлементов пирамидки частично стачивают — поверхность выравнивается, но при этом эффективность снижается. Швейцарским ученым удалось избежать этой процедуры. Для начала инженеры нанесли на микропирамиды пористую неорганическую базу, используя метод напыления. Такое покрытие хорошо удерживает жидкую перовскитную пленку. Перовскит при этом наносится методом центрифугирования. Субстрат нагревают до 150°C, в результате чего на поверхности кремниевых пирамид кристаллизуется перовскитная пленка.
В отличие от большинства технологий создания тандемных модулей, швейцарская методика не требует существенных изменений на производстве. Достаточно лишь установить на конвейерных линиях дополнительное оборудование и добавить несколько производственных этапов. Перестраивать весь производственный процесс при этом не придется.
Выводить технологию на рынок ученые пока не планируют. Прежде чем внедрять ее в промышленных масштабах, необходимо повысить стабильность двухкаскадных модулей. Над повышением стабильности перовскитов работают многие исследователи. Недавно корейские инженеры доказали, что перовскитный материал Cs2Au2I6 способен повысить КПД перовскитных фотоэлементов без существенной потери стабильности, но им еще предстоит доказать это на практике.
