 Исследовательские команды из Гельмгольца-Центрума в Берлине и Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии стали первыми, успешно сочетавшими кремниевый гетеропереход солнечной ячейки с перовскитовым солнечным элементом монолитным образом в тандемном устройстве. Гибридные тандемные клетки показали эффективность 18 процентов. Это самый высокое настоящее сообщаемое значение для этого типа архитектуры устройства. Есть даже перспективы для достижения эффективности до целых 30 процентов.
Органо-неорганические материалы со структурой перовскита являются одними из самых больших сюрпризов в исследовании солнечных батарей. Всего за шесть лет эффективность перовскитовых солнечных элементов увеличилась в пять раз; Кроме того, перовскитовые солнечные элементы могут быть изготовлены из раствора и экономически эффективно напечатаны на больших площадях в будущем.
Так как слои перовскита поглощают очень эффективно поглощают свет в синей области спектра, то было бы полезно объединить их с кремниевыми слоями, которые в первую очередь преобразуют длинноволновой красный и ближний инфракрасный спектр. Тем не менее, строительство этих видов клеток в тандемных монолитных пакетах осажденных слоев было трудным. Для создания высокоэффективных перовскитовых элементов обычно требуется покрыть перовскит на слои диоксида титана, который должен быть предварительно спекаться при температуре 500 градусов Цельсия. Тем не менее, при таких высоких температурах аморфные слои кремния, которые охватывают кристаллические пластины кремния в гетеропереходных слоях, ухудшаются.
Теперь исследователи в первый раз изготовили подобные монолитные тандемные элементы. Им с успехом удалось нанести слой диоксида олова при низких температурах, чтобы заменить обычно используемую двуокись титана. Тонкий слой перовскита может быть наложен на этот промежуточный слой и покрыт материалом отверстия-проводника. Кроме того, важным элементом в архитектуре устройства является прозрачный верхний контакт. Как правило, оксиды металлов накладываются распылением, но такой метод может разрушить чувствительный слой перовскита, а также материал отверстие-проводник. Таким образом, исследователи изменили процесс изготовления и включили прозрачный защитный слой.
Имея эффективности 18 процентов, этот тандем достиг уровня эффективности почти на 20 процентов выше, чем при эффективности отдельных элементов. Напряжение холостого хода составило 1,78 вольт. На этом уровне напряжения, такая комбинация материалов даже могут быть использована для генерации водорода из солнечного света.
Эффективность в 18 процентов, конечно, является очень хорошей, но свет все теряется на поверхности в настоящей архитектуре, так что исследователи планируют дальнейшие усовершенствования. Текстурированная фольги на лицевой стороне может захватывать этот свет и совмещать его с элементом, что будет способствовать дальнейшему повышению эффективности элемента. Гетеропереходный кремниевый солнечный элемент, который одновременно действует в качестве нижнего элемента и субстрата для перовскита верхней камере, предлагает дополнительный потенциал для улучшения. Эти перовскит-кремниевые тандемные элементы в настоящее время по-прежнему изготавливаются на полированной кремниевой пластине. За счет текстурирования этой пластины функциями легкого захвата, такими, как случайные пирамиды, эффективность может быть увеличена в дальнейшем на 25 или даже 30 процентов.
Но что является более важным, чем максимальная эффективность, так это интеграция в существующие технологии. Кремниевая технология в настоящее время доминирует на 90 процентах рынка, что допускает существование множества производственных мощностей для кремниевых элементов. Перовскитовые слои могут значительно повысить уровень эффективности. Для достижения этой цели, методы изготовления должны дополнены всего несколькими шагами производства. По этой причине, работа исследователей также является очень интересной для промышленности. Тем не менее, проблемы долгосрочной стабильности и содержания свинца в перовскитовых солнечных батареях все еще должны быть решены в будущих исследованиях.
|
