Элементы III–V групп периодической таблицы имеют ключевое значение для производства полупроводников с изменяемой энергетической щелью, что позволяет солнечным элементам увеличить диапазон поглощения, от ультрафиолетового до среднего инфракрасного. Несколько слоев этих элементов позволяют добиться повышенной эффективности по сравнению с кремниевыми фотоэлементами. Однако, эти материалы приблизительно в 100 дороже, чем кремниевые технологии.
Снизить расходы можно за счет использования линз для концентрации солнечного света. Из-за повышения напряжения требуется меньше материалов III–V групп. Однако снижение цены на кремний делает технологию концентрированной фотовольтаики менее конкурентноспособной, пишет PV Magazine.
Другой многообещающий подход — миниатюрные фотоэлементы меньше миллиметра для концентрированной фотовольтаики. Они обеспечивают улучшенное управление тепловым режимом и сокращают потери энергии. Однако меньший размер приводит к появлению большего количества дефектов, которые снижают напряжение.
Команда ученых из Университета Шербрук применила плазменное травление для создания фотоэлементов различных форм и размеров: квадратные, круглые, треугольные и даже в виде кленового листа, от 12,25 мм² до 0,01 мм². Для лучшего понимания потерь напряжения подэлементы различных размеров анализировали индивидуально. Результаты показали, что верхний элемент более всего страдает от контурной рекомбинации, так что для снижения потери напряжения приоритетна пассивация верхнего элемента.
На основании своих исследований ученые создали фотоэлемент с наивысшим напряжением разомкнутой цепи — 2,39 В — для фосфида индия-галлия и арсенида индия-галлия. Его площадь — 0,25 мм², а показатель эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую составил 30,61%. Самое маленькое устройство — 0,01 мм² — продемонстрировало эффективность 21,4%.
«Эти элементы были изготовлены не ради их производительности, но для демонстрации возможностей плазменного травления», — пояснили исследователи.
В новом исследовании ученые из США и Китая обработали пленку перовскита молекулами терпиридина. Благодаря новому методу солнечные элементы достигли рекордной эффективности и сохранили почти 90% своей первоначальной производительности после более чем 2664 часов воздействия света.
