КПД 30,3%: HZB приблизил тандемные солнечные панели к массовому производству

Исследователи HZB получили эффективность 30,3% для перовскит-кремниевого тандемного солнечного элемента. Перовскитовый слой нанесли методом вакуумного совместного испарения — без жидких органических растворителей. По мнению авторов работы, такой подход может упростить масштабирование технологии и ее перенос на производство солнечных модулей.

Как работает тандемный элемент

Тандемная конструкция объединяет кремниевый фотоэлемент и расположенный над ним перовскитовый слой. Материалы поглощают разные участки солнечного спектра, поэтому эффективнее используют падающий свет.

Перовскитовый слой дополняет кремниевый элемент и позволяет получать больше энергии с той же площади. В эксперименте HZB эффективность преобразования солнечной энергии достигла 30,3%.

Проблема микроструктурированной поверхности

На кремниевых пластинах используют микроструктуры, снижающие отражение света. Такая поверхность помогает поглощать больше излучения, но затрудняет нанесение следующих слоев.

Органический слой для переноса положительных зарядов распределялся неравномерно: в углублениях молекулы концентрировались, а вершины микроструктур почти не покрывались.

В отдельных участках из-за этого появлялся йодид свинца. Он указывал на нарушения при формировании верхнего слоя и мог способствовать появлению дефектов. В результате перовскитовая пленка получалась неоднородной, что снижало эффективность элемента.

Роль хлорида цезия

Исследователи добавили сверхтонкий промежуточный слой хлорида цезия. Он помог подготовить микроструктурированную поверхность кремния к более равномерному росту кристаллов перовскита.

После обработки верхний фотоактивный слой стал однороднее, а число дефектов, связанных с неравномерным нанесением материалов, уменьшилось. При этом от микротекстурированной поверхности кремния не отказались.

Почему использовали вакуумное испарение

Перовскитовый слой наносили методом вакуумного совместного испарения. Материалы испаряются в вакуумной камере и осаждаются на подготовленной поверхности, поэтому процесс не требует жидких органических растворителей.

Отказ от растворителей может упростить контроль покрытия и облегчить переход от небольших лабораторных образцов к большим площадям. Вакуумное испарение рассматривают как один из возможных вариантов для будущего производства перовскит-кремниевых тандемных модулей.

Что еще предстоит проверить

Показатель 30,3% получен на лабораторной ячейке, а не на готовой промышленной панели. Поэтому необходимо проверить, сохраняется ли результат при увеличении площади покрытия.

Исследователям также предстоит оценить стабильность и долговечность элементов, равномерность нанесения слоев и экономическую эффективность производства.

Сочетание микроструктурированной кремниевой поверхности, промежуточного слоя хлорида цезия и вакуумного совместного испарения может снизить часть проблем, связанных с изготовлением однородных тандемных элементов. Однако пригодность технологии для серийного выпуска еще предстоит подтвердить.