Logo
Cover

Немецкие специалисты разработали слоеный фотоэлемент из перовскита и селенида меди-индия с производительностью почти 25% — наивысшим значением, которое доступно для такой архитектуры. Более того, комбинация материалов оказалась легкой и многофункциональной, что позволяет использовать тандемные солнечные элементы в транспорте, портативной электронике и устройствах, которые можно складывать или скручивать.

Перовскитовые солнечные элементы в последнее десятилетие завоевали большую популярность благодаря особой кристаллической структуре. Их эффективность сейчас сравнима с кремниевыми вариантами. Производительность фотоэлемента можно повысить, расположив несколько элементов слоями. Если каждый слой особенно хорошо поглощает определенную часть солнечного спектра, неизбежные потери от многослойности можно сократить. Эксплуатационная гибкость перовскитов позволяет использовать их в тандемных фотоэлементах с кремниевыми слоями. У устройств такой архитектуры КПД достигает 29% (у чисто перовскитовых — 25,7%, у чисто кремниевых — 26,7%).

Комбинирование перовскитов с такими материалами, как диселенид меди-индия (CIS) или диселенид меди-индия-галлия (CIGS), обещает еще больше преимуществ, пишет Science Daily. Оно делает возможным производить легкие и гибкие тандемные фотоэлементы, которые можно ставить не только на здания, но и на транспорт или носимое оборудование, складывать или сворачивать в рулон для удобства перевозки.

Международная команда исследователей под руководством ученых из Технического института Карлсруэ, изготовила тандемный солнечный элемент из перовскита и диселенида меди-индия с максимальной производительностью 24,9%. Снижение объема галлия в материале позволило сузить энергетическую щель до одного электрон-вольта, приблизившись к идеальному значению 0,96 эВ для тандемного фотоэлемента.

Энергетическая щель определяет ту часть солнечного спектра, которую фотоэлемент может абсорбировать для выработки электричества. Для достижения максимальной эффективности в монолитных тандемных элементах эта щель должна быть такой, чтобы два слоя генерировали одинаковый ток. Если щель в нижнем слое меняется, верхний нужно адаптировать к изменению, и наоборот.

Для этого обычно используют перовскиты с высоким содержанием брома. Однако это приводит к падению напряжения и фазовой неустойчивости. Однако, поскольку ученые использовали для нижнего слоя фотоэлементы с узкой энергетической щелью, они смогли взять для верхнего слоя перовскиты с низким содержанием брома. В результате повысилась стабильность и эффективность фотоэлемента.

Созданный учеными из Сингапура фотоэлемент фотоэлемент из перовскитовых и органических материалов показал КПД 23,6%, приблизившись к показателю современных солнечных элементов из кремния. Достижение открывает дорогу к массовому производству легких, дешевых и сверхтонких фотоэлементов, идеально подходящих для автомобилей, яхт, тентов, крыш и других подобных конструкций.