Рекорд в солнечной энергетике: трехслойные фотоэлектрические элементы преодолели отметку в 30% эффективности

Новый солнечный элемент сочетает в себе высокое напряжение, превосходную эффективность и масштабируемость производства. Устройство, созданное усилиями швейцарских ученых, представляет собой трехпереходную конструкцию с нижним слоем кремния, на который нанесен средний и верхний слои перовскита. По независимой оценке, эффективность нового элемента достигла 30,02%, превысив предыдущий рекорд в 27,1%.

Команде исследователей из Французской политехнической школы Лозанны и Центра электроники и микротехнологий удалось повысить эффективность преобразования солнечной энергии с 13% в 2018 году до нынешних 30%. По мнению исследователей, клетки с тремя слоями по сравнению с клетками с одним и двумя слоями обладают большим потенциалом — их эффективность может превышать 40%.

В ходе исследования ученые решили две основные проблемы трехкомпонентных фотоэлектрических элементов: низкое напряжение в верхнем перовскитном слое и недостаточную генерацию тока в среднем слое. Для этого они внедрили три инновации, сообщает Techxplore.

Сначала они добавили молекулу, которая направляет образование кристаллов перовскита и устраняет дефекты, что позволило верхней ячейке генерировать более высокое напряжение (1,4 В). Во-вторых, они разработали новый трехэтапный метод создания среднего элемента, улучшающего поглощение света в ближней инфракрасной области спектра. В-третьих, они добавили наночастицы между нижним слоем кремния и средним слоем перовскита, которые еще больше отражают солнечный свет обратно в среднюю ячейку, еще больше увеличивая ее ток.

«Мы показали, что благодаря разумному проектированию и технологиям мы можем приблизиться к уровню производительности, традиционно доступному для самых дорогих многослойных солнечных элементов на основе используемых в космосе полупроводников групп III-V, которые состоят из нескольких полупроводниковых слоев», — говорит Кристоф Балифф, руководитель лаборатории. – Они могут достичь эффективности до 37% и примерно в 1000 раз превышать стоимость ватта наземных ячеек. Наш подход открывает двери новому поколению промышленно применимых высокоэффективных многослойных фотоэлектрических элементов».