Новый мировой рекорд: тандемные солнечные элементы нового поколения с КПД почти 30%

Тандемные солнечные элементы, в которых кремний сочетается с металлогалогенидным перовскитом, являются многообещающим вариантом для преодоления предела эффективности одного элемента.

Три команды HZB (Центр Гельмгольца, Берлин) под руководством профессора Кристиана Беккера, профессора Бернда Станновски и профессора Стива Альбрехта совместными усилиями смогли повысить эффективность тандемных солнечных элементов из перовскитного кремния, изготовленных полностью в HZB, до нового рекордного значения в 29,80 %. Это значение теперь официально подтверждено и задокументировано в списках NREL. Таким образом, 30-процентная отметка находится в пределах досягаемости.

Перовскитно-кремниевый тандемный элемент

Современные солнечные модули в основном изготавливаются из кремния, и возможности для дальнейшего повышения эффективности уже в значительной степени использованы. Но с 2008 года в центре внимания исследователей оказался класс материалов "металлогалогенные перовскиты": эти полупроводниковые соединения очень хорошо преобразуют солнечный свет в электрическую энергию и все еще предлагают много возможностей для улучшения. В частности, они могут быть объединены с кремниевыми солнечными элементами в тандемные солнечные батареи, которые используют солнечный свет гораздо эффективнее.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

С 2015 года в HZB несколько групп интенсивно работают над перовскитовыми полупроводниками и кремниевыми технологиями, а также над их сочетанием в инновационных тандемных солнечных батареях. В январе 2020 года компания HZB достигла рекордных 29,15 % для тандемного солнечного элемента из перовскит-кремния и опубликовала результаты работы в журнале Science. Затем, перед Рождеством 2020 года, компания Oxford PV смогла объявить о сертифицированной эффективности в 29,52 %. С тех пор началась захватывающая гонка за новыми рекордами. "КПД в 30 % - это как психологический порог для этой захватывающей новой технологии, которая в ближайшем будущем может произвести революцию в фотоэлектрической промышленности", - объясняет Стив Альбрехт, который работает над перовскитовыми тонкими пленками в лаборатории HySPRINT в HZB.

Бернд Станновски, руководитель группы по кремниевой технологии, добавляет: "Я бы особенно подчеркнул хорошее сотрудничество между различными группами и институтами в HZB. Именно благодаря этому нам удалось разработать эти новые тандемные солнечные элементы полностью в HZB и снова добиться мирового рекорда".

 Последние исследования и разработки были направлены на оптическое усовершенствование нижней ячейки кремниевого гетероперехода. Были добавлены нанотекстурированная передняя сторона и диэлектрический отражатель. Теперь пришло официальное подтверждение от Fraunhofer ISE CalLab: "Наши новые перовскитные кремниевые тандемные солнечные элементы были независимо сертифицированы с мировым рекордом эффективности в 29,80 %", - говорит восхищенная Кристиана Беккер, эксперт по наноструктурам в солнечных элементах и их влиянию на оптические и электрические свойства.

В новой работе доктор Филипп Токхорн (группа Альбрехта) и докторант Йоханнес Суттер (группа Беккер) исследовали, как наноструктуры на различных поверхностях влияют на производительность тандемного солнечного элемента, состоящего из перовскитового солнечного элемента поверх кремниевого солнечного элемента. Сначала они использовали компьютерное моделирование для расчета плотности фототока в перовскитовых и кремниевых субэлементах для различных геометрий с наноструктурами и без них. Затем они изготовили перовскитно-кремниевые тандемные солнечные элементы с различными текстурами: "Даже нанотекстурирование с одной стороны улучшает поглощение света и позволяет получить более высокий фототок по сравнению с плоским эталоном", - говорит Саттер. А его коллега Токхорн добавляет: "Примечательно, что нанотекстурирование также приводит к небольшому улучшению электронного качества тандемного солнечного элемента и лучшему формированию пленки слоев перовскита".

Улучшения были также внесены в обратную сторону тандемного солнечного элемента, которая предназначена для отражения инфракрасного света обратно в кремниевый поглотитель. "Используя диэлектрический отражатель, мы смогли более эффективно использовать эту часть солнечного света, что привело к увеличению фототока", - говорит д-р Александрос Круз Бурназу (группа Станновски).

Полученные результаты открывают путь для дальнейших усовершенствований. Моделирование показывает, что эффективность может быть увеличена еще больше путем наноструктурирования слоев поглотителя с обеих сторон. Исследователи убеждены, что эффективность более 30 % может быть достигнута в ближайшее время. Гонка продолжается. опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Подписывайтесь на наш аккаунт в INSTAGRAM!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet