Трёхпереходный солнечный элемент достиг эффективности 32,22%

Международная группа исследователей разработала трёхпереходный солнечный элемент с сертифицированной установившейся эффективностью преобразования энергии 32,22%. Результат получен на устройстве с рабочей площадью 1,046 квадратного сантиметра.

Первые авторы исследования — Е Сюй (Ye Xu), Чжицзе Ван (Zhijie Wang), Чэнь Дэн (Chen Deng), Ляньлянь Ци (Lianlian Qi) и И Мо (Yi Mo). Основную часть работы выполнили специалисты Государственной ключевой лаборатории фотоэлектрической науки и технологий компании Trina Solar, Фуданьского и Юго-Восточного университетов Китая. В проекте также участвовали учёные Ланьчжоуского университета, Гонконгского университета, бельгийских центров imec, Hasselt University и EnergyVille, а также Университета Нового Южного Уэльса в Австралии.

Трёхпереходный элемент состоит из двух перовскитных фотоактивных слоёв и нижнего кремниевого элемента. Каждый слой поглощает собственную часть солнечного спектра. Благодаря этому устройство может использовать свет полнее, чем обычная кремниевая ячейка с одним электронно-дырочным переходом.

Одним из главных препятствий для такой архитектуры остаются дефекты в широкозонном перовските. В этих дефектах часть возбуждённых светом носителей заряда теряет энергию, не успевая попасть во внешнюю цепь. Исследователи применили молекулу 4F-POEABr, которая обеспечивает одновременно химическую и электростатическую пассивацию — блокирует участки, где происходят нежелательные потери заряда.

Вторым направлением стала работа со светом внутри многослойной структуры. Команда подобрала двухслойное сочетание оксида олова и оксида индия-цинка. Оно позволило направить больше излучения в средний фотоактивный слой и увеличить плотность тока на 0,5 миллиампера на квадратный сантиметр.

На увеличенном до 15,62 квадратного сантиметра элементе эффективность составила 26,97%. Разница между двумя результатами показывает одну из главных проблем новой фотоэлектрической технологии: при расширении рабочей площади сложнее сохранить одинаковое качество перовскитных плёнок, контактов и границ между слоями.

Исследование пока относится к лабораторному уровню. Площадь испытанных элементов значительно меньше площади коммерческого солнечного модуля. Для выхода на рынок технологии ещё предстоит подтвердить долговечность при нагревании, воздействии влаги, перепадах температуры и многолетней работе под открытым небом. Однако сертифицированная эффективность выше 32% показывает, насколько заметный резерв остаётся у сочетания перовскита и кремния.