Солнечные панели никогда не будут прежними: фотоэлементы изготовили из необычного материала

Исследователи из Египта предложила новую архитектуру солнечных элементов на основе кестерита, использующую слой на основе оксида меди. Максимальный КПД смоделированного устройства составил 33,56%.

Исследовательская группа из Университета Кафр-эль-Шейха в Египте считает, кестерит, а именно на основе сульфида меди и цинка-олова (CZTS), годится для создания тонкопленочных солнечных панелей благодаря своей распространенности, нетоксичности. Однако существует необходимость в повышении КПД, пишет pv-magazine.com.

Ученые использовали SCAPS-1D для моделирования 1,3-эВ CZTS n-i-p солнечного элемента, чтобы изучить, как изменения толщины, ширины запрещенной зоны, концентрации носителей заряда и рабочей температуры различных слоев, включая слой транспорта дырок (HTL), слой транспорта электронов (ETL) и поглощающий слой, влияют на характеристики солнечного элемента.

"Оценивая влияние этих материалов на перенос заряда, эффективность и производительность устройства, был выявлен наиболее подходящий HTL для повышения общей эффективности CZTS фотоэлементов", — заявили они.

Предлагаемая тонкопленочная структура включала фронтальный контакт из легированного фтором оксида олова (FTO), ETL из диоксида титана (TiO₂), поглощающий слой CZTS, CuO в качестве HTL и тыльные контакты из золота (Au). Элементы испытывались при температуре 300 К в условиях стандартного освещения.

Ключевым открытием стало то, что повышение рабочей температуры отрицательно сказывается на производительности солнечных элементов, при этом эффективность во всех конфигурациях заметно снижается с ростом температуры.

После оптимизации всех параметров моделирование показало максимальный КПД 33,56%. Значения напряжения холостого хода, плотности тока короткого замыкания и коэффициента заполнения составили 1,110866 В, 33,994 мА/см² и 88,87142% соответственно.

Результаты подтвердили, что идеальная толщина для достижения максимальной эффективности в данном устройстве составляет 1 мкм. Это улучшает напряжение холостого хода и снижает рекомбинацию, отметив, что слишком толстый слой CuO приводит к резистивным потерям и снижает напряжение холостого хода и плотность тока короткого замыкания.