Тандемные солнечные элементы состоят из двух полупроводников, которые поглощают разные части части спектра солнечного света. Верхний, перовскитовый слой поглощает короткие волны, а нижний, кремниевый — длинные. В сумме они могут преобразовывать в электричество больше фотонов, чем один кремний. Теоретический предел эффективности для таких сэндвичей — около 43%, намного выше, чем 29%, ограничивающие монокремний. Проблема в том, что наносить перовскит быстро, равномерно и на промышленные рельефные поверхности (которые нужны, чтобы свет дольше гулял внутри элемента) до сих пор не удавалось.

Метод CSS (close-space sublimation), предложенный учеными из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Университета Валенсии, радикально отличается от обычного нанесения из раствора. Исходные материалы испаряются из нагретого источника и оседают на кремниевую подложку, расположенную всего в нескольких миллиметрах от источника.

Расстояние крошечное, поэтому потери материала минимальны, а скорость осаждения высокая — полное формирование слоя занимает 10 минут.

Растворители не используются, что исключает их вредное воздействие и упрощает утилизацию. Кроме того, неиспарившиеся остатки можно использовать повторно, пишет Techxplore.

Для эффективной работы тандема у верхнего перовскитового слоя должна быть широкая запрещенная зона — около 1,6–1,7 эВ, чтобы он пропускал длинноволновый свет к кремнию. Нужную ширину зоны получают, добавляя бром. Однако при испарении бромсодержащих прекурсоров бром имеет обыкновение улетучиваться, нарушая стехиометрию. Решение оказалось элегантным: использовать смесь двух органических солей — метиламмоний йодида и метиламмоний бромида. Меняя их соотношение, исследователи точно контролировали содержание брома в конечной пленке и достигли 1,64 эВ для запрещенной зоны.

Метод испытали на трех типах поверхности кремния: гладкой, наноструктурированной и микроструктурированной. Никакой подстройки параметров не потребовалось — на всех трех сформировались равномерные слои перовскита, что подтвердила электронная микроскопия и рентгеновский анализ. Эффективность готовых тандемов составила 23,5%, 23,7% и 24,3% соответственно.

Пока это далеко от лабораторных рекордов (33–34% для перовскит-кремниевых тандемов), но, как подчеркивают авторы, для промышленности важна не только эффективность единичного образца, но и возможность наносить слой на реальные, текстурированные пластины с высокой повторяемостью и скоростью.

Осенью прошлого года крупный производитель кремниевых пластин и фотоэлементов Longi объявил о создании гибкого тандемного солнечного элемента на основе перовскита и кремния площадью 1 см² с новым рекордом эффективности преобразования энергии — 33,35%.