Исследователи из Лаборатории фотоэлектричества и тонкоплёночной электроники (PV-Lab) Инженерной школы EPFL и Швейцарского центра электроники и микротехнологии (CSEM) недавно опубликовали статью в журнале Nature, объявив о разработке нового трёхкаскадного перовскитно-кремниевого солнечного элемента с сертифицированной эффективностью 30,02%, что побило предыдущий сертифицированный рекорд в 27,1%. Устройство состоит из кремниевого нижнего элемента, промежуточного слоя и верхнего перовскитного слоя, сочетая высокое напряжение и эффективность.
Ведущий автор Керем Артук заявил: «Благодаря продуманному дизайну и обработке мы приблизились к производительности дорогостоящих трёхкаскадных солнечных элементов на основе III-V соединений, традиционно используемых в космических приложениях, стоимость которых на ватт примерно в 1000 раз выше, чем у наземных элементов. Наш подход открывает путь для нового поколения промышленно осуществимых высокоэффективных многокаскадных фотоэлектрических технологий». Кристоф Баллиф, руководитель PV-Lab, добавил: «От первых демонстраций с эффективностью 13% в 2018 году до нынешнего результата свыше 30% — это значительный прогресс. Потенциал эффективности трёхкаскадных солнечных элементов значительно превышает 40%».
Команда решила проблемы низкого напряжения в верхнем перовскитном элементе и низкой генерации тока в промежуточном элементе трёхкаскадной структуры. Прорыв был достигнут благодаря трём ключевым инновационным корректировкам: добавление молекулы, направляющей формирование перовскитных кристаллов для устранения дефектов, что повысило напряжение верхнего элемента до 1,4 В; разработка нового трёхэтапного метода изготовления промежуточного элемента для улучшения поглощения ближнего инфракрасного света; добавление наночастиц между кремниевым и промежуточным перовскитным элементами для отражения дополнительного солнечного света и увеличения тока.
Стоимость производства перовскитных и кремниевых элементов ниже, чем у наиболее эффективных на сегодняшний день солнечных элементов на основе полупроводников III-V групп, которые в основном используются для питания спутников. Разработка недорогих и высокоэффективных солнечных элементов может способствовать развитию технологий следующего поколения для коммунального, жилищного и космического применения. Руководитель проекта Кристиан Вольф отметил: «Этот проект демонстрирует объединённую силу фундаментальной науки и швейцарского инженерного мастерства. Доказав, что недорогие перовскитные материалы могут приблизиться к производительности передовых космических фотоэлектрических технологий, мы установили новый ориентир для многокаскадных фотоэлектрических технологий». Команда продолжит совместно с партнёрами исследовать стратегии масштабирования производства и тестирования долговечности.
Детали публикации: Автор: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne; Название: «Record efficiency achieved for perovskite-silicon triple-junction solar cells»; Опубликовано в: «Nature»; Информация о журнале: «Nature»
