Швейцарские исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и Центра электроники и микротехнологий (CSEM) совершили прорыв в области солнечной энергетики, создав тандемный солнечный элемент с рекордной эффективностью.
Разработанное устройство, состоящее из кремниевого нижнего слоя и двух перовскитных слоев, нанесенных в виде тонких пленок, достигло сертифицированного показателя эффективности в 30,02%, превзойдя предыдущий рекорд в 27,1%. Главное отличие этой разработки от многих предшествующих лабораторных достижений заключается в ее ориентации на масштабируемость и реальное применение, а не только на использование дорогих и сложных в производстве материалов.
Ученые сосредоточились на решении ключевых технических проблем, присущих тройным конфигурациям, а именно на низком напряжении верхнего элемента и слабом токе в среднем слое.
Для этого они внедрили специальную молекулу, улучшающую формирование кристаллов перовскита, что позволило снизить количество дефектов и повысить напряжение верхнего элемента до 1,4 вольта. Для среднего слоя был разработан новый трехступенчатый метод производства, улучшающий поглощение света в ближнем инфракрасном диапазоне. Дополнительно, добавление наночастиц между слоями помогло отражать свет обратно в средний элемент, увеличивая выработку тока.
Как отметил первый автор исследования Керем Артук, благодаря продуманному дизайну и технологическому процессу ученые смогли приблизиться к показателям производительности, которые ранее были доступны только для сверхдорогих полупроводниковых элементов III-V типа, используемых в космической отрасли. Стоимость последних примерно в 1000 раз выше, и этот подход открывает путь к новому поколению промышленно применимых высокоэффективных фотоэлементов.
Хотя текущий рекорд впечатляет, потенциал у тройных элементов еще выше. Сейчас исследователи планируют сосредоточиться на вопросах долговечности и крупномасштабного производства, чтобы рекорд в скором времени воплотился в практические решения.