Исследователи из Швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны и Швейцарского центра электроники и микротехнологий разработали трехпереходный перовскит-кремниевый солнечный элемент с сертифицированной эффективностью 30,02%, что превосходит предыдущий рекорд в 27,1%. Этот прорыв открывает новые направления для масштабируемых высокопроизводительных фотоэлектрических технологий.
Этот солнечный элемент сочетает кремниевый нижний элемент с двумя тонкими перовскитными слоями, стремясь повысить эффективность при сохранении технологичности производства. Первый автор исследования Керем Артук заявил: «Мы показали, что с помощью продуманного дизайна и обработки мы можем приблизиться к уровням производительности, традиционно характерным для дорогих многопереходных солнечных элементов III-V, используемых в космосе, которые состоят из нескольких полупроводниковых слоев». Он добавил, что эти элементы «могут достигать эффективности до 37%, при этом стоимость за ватт примерно в 1000 раз выше, чем у наземных элементов. Наш подход открывает двери для нового поколения промышленно реализуемых, высокоэффективных многопереходных фотоэлектрических технологий».
Конструкция трехпереходного перовскит-кремниевого солнечного элемента решает ключевые проблемы, такие как низкое напряжение верхнего элемента и слабый ток промежуточного слоя. Команда внедрила молекулу для оптимизации кристаллической структуры перовскита, уменьшения дефектов и повышения напряжения до 1,4 вольт. Кроме того, использование нового трехэтапного метода производства и усиление наночастицами улучшило поглощение ближнего инфракрасного света и выходной ток. Кристоф Баллиф отметил: «Наша первая демонстрация в 2018 году имела эффективность всего 13%, поэтому достижение более 30% эффективности сегодня в трехпереходном устройстве – это значительное достижение». Он добавил: «По сравнению с однопереходными и тандемными элементами, трехпереходные солнечные элементы обладают большим потенциалом эффективности – значительно выше 40%».
Эта технология трехпереходных перовскит-кремниевых солнечных элементов использует менее дорогие материалы – кремний и перовскит, что делает ее более экономичной и масштабируемой по сравнению с дорогими полупроводниками III-V, и она может способствовать применению высокоэффективных фотоэлектрических панелей в домашних хозяйствах и на солнечных фермах. Кристиан Вольф подчеркнул: «Этот проект демонстрирует силу сочетания фундаментальной науки и швейцарского инженерного опыта. Показав, что недорогие перовскитные материалы могут приблизиться к производительности самых передовых космических фотоэлектрических технологий, это исследование устанавливает новый ориентир для многопереходных фотоэлектрических технологий». В настоящее время команда работает над повышением долговечности элементов и возможностей крупномасштабного производства, чтобы ускорить практическое внедрение.
