Вчені досягли рекордних 30,3% ефективності перовскітних тандемних елементів
/https%3A%2F%2Fs3.eu-central-1.amazonaws.com%2Fmedia.my.ua%2Ffeed%2F137%2Fcb8bc7d643d50adba006d9e3029f89d8.png)
Дослідники з Центру імені Гельмгольца в Берліні (HZB) у Німеччині представили простий спосіб підвищити продуктивність і комерційну життєздатність високоефективних “тандемних” сонячних елементів, у яких світлочутливий перовскіт розташований поверх кремнію. Результати дослідження були опубліковані в журналі Joule.
Зокрема, дослідники вдосконалили монолітні тандемні сонячні елементи з перовскіту та кремнію, додавши надтонкий затравковий шар хлориду цезію між підкомірками. Ця технологія допомогла досягти ефективності 30,3% завдяки безрозчинниковому спільному випаровуванню.
Мікроскопічне рішення для сонячної технології
Стандартні кремнієві шари мають наноструктуровану поверхню для оптимізації поглинання світла. Однак така нерівна поверхня ускладнює рівномірне формування органічних самозбиральних моношарів (SAM). SAM переважно використовуються як шари для транспортування дірок. Вчені з HZB використали сучасні інфрачервоні та рентгенівські інструменти на синхротронному комплексі BESSY II, щоб детально дослідити межу між шарами. Те, що вони побачили, пояснило багаторічні труднощі під час виробництва.
“Молекули органічного SAM накопичувалися в западинах текстурованого кремнію, залишаючи ділянки на вершинах практично непокритими. Коли дослідники спробували нанести верхній шар перовскіту методом осадження з пари, нерівномірна поверхня спричинила хімічний збій: у проміжках утворювався небажаний йодид свинцю, що суттєво знижувало енергетичну віддачу елемента”, — розповіли вчені.
Додавання затравкового шару хлориду цезію змінює мікроскопічний рельєф. Він діє як хімічна основа, вирівнюючи нерівності підлеглого шару SAM і сприяючи рівномірному росту кристалів перовскіту по всій текстурованій поверхні кремнію.
“Цей затравковий шар компенсує нерівності поверхні, сприяючи рівномірному росту перовскіту методом спільного випаровування на текстурованому кремнії. Він також запобігає утворенню дефектів, спричинених нерівномірним покриттям шаром для транспортування дірок”, — каже провідний автор дослідження, доктор Віктор Шкор’янц.
У результаті покращення якості шарів виготовлений тандемний сонячний елемент досяг ефективності 30,3%. Згідно з пресрелізом, це “видатне значення для перовскітів, отриманих методом випаровування”.
Безрозчинникове спільне випаровування
Цей метод використовує вакуумне спільне випаровування — безрозчинниковий процес, який уже широко застосовується у промисловому виробництві. Видалення хімічних розчинників спрямоване на усунення однієї з головних перешкод для комерціалізації перовскітних сонячних елементів: довготривалої деградації та нестабільності матеріалу.
“Безрозчинникове виробництво захищає нижні шари від деградації, створюючи значно довговічніші тандемні елементи. Це може сприяти комерційному виробництву, забезпечуючи життєздатну основу для масового виготовлення високоефективних сонячних панелей”, — зауважують вчені.
Більшість рекордних перовскітних елементів у лабораторіях використовують нанесення методом центрифугування або мокрі хімічні процеси на основі розчинів, які погано масштабуються для великих текстурованих промислових кремнієвих пластин. Вакуумне спільне випаровування вже є стандартним процесом, який застосовується для виробництва OLED-дисплеїв і мікроелектроніки, що значно спрощує його впровадження на заводах.
“Це є реальним кроком уперед у перенесенні рекордних показників ефективності з лабораторії до надійних тандемних сонячних технологій, придатних для промислового виробництва”, — сказав доктор Марсель Росс, керівник групи з дослідження перовскітних сонячних елементів, отриманих методом випаровування, у HZB.
Команда HZB, можливо, нарешті знайшла ключ до доступних сонячних панелей нового покоління, придатних для промислового виробництва. Тандемні сонячні елементи з перовскіту та кремнію виробляють значно більше енергії на квадратний метр, ніж кремнієві елементи, що робить їх ідеальними для міських дахів із обмеженим простором і енергоємних промислових об’єктів, які прагнуть максимально збільшити виробництво чистої енергії.
Крім того, перовскіти мають невелику вагу, а їхні властивості можна налаштовувати для отримання напівпрозорих конструкцій, що відкриває можливості для інтегрованих у будівлі фотовольтаїчних систем (BIPV). Це дає змогу безпосередньо інтегрувати технологію виробництва енергії в архітектурні елементи, такі як фасади хмарочосів, скляні вікна та світлові ліхтарі.
Джерело: Interesting Engineering