Тандемные солнечные элементы обошли кремний по эффективности

Золотым стандартом современной солнечной энергетики считаются ячейки из кремния. Они хорошо изучены, стабильны, а главное, имеют высокую эффективность. Элементы-рекордсмены могут превратить в электроэнергию более 26 процентов всей энергии упавших фотонов, эффективность коммерческих элементов доходит до 24 процентов.

Однако у кремниевых элементов есть недостаток — высокая стоимость. К тому же их эффективность уже достигла своего максимума и вряд ли заметно увеличится в ближайшее время. Поэтому ученые разрабатывают альтернативные материалы для солнечной энергетики.

Солнечный элемент на основе двух слоев перовскита собрали китайские материаловеды под руководством Вэя Чэня из Хуачжунского университета науки и технологии. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Смешанные галогениды свинца со структурой перовскита считаются самыми перспективными материалами в фотовольтаике. Они не уступают кремнию по эффективности, при этом они значительно дешевле и их можно наносить из раствора.

Чэнь и его коллеги для достижения максимальной эффективности использовали сразу два перовскитных слоя: выше разместили перовскит с более широкой запрещенной зоной, а под ним — другой, с более узкой запрещенной зоной. Такая конструкция солнечного элемента помогает более полно использовать весь спектр солнечного излучения. Фотоны с самой высокой энергией поглощаются в верхнем слое, а фотоны с меньшей энергией проходят в нижний слой и поглощаются уже там. Чтобы добиться нужной ширины запрещенной зоны, ученые добавили в нижний перовскитный слой олово, а для стабилизации вставили между двумя активными слоями пассивирующий слой дийодида этилендиаммония.

В результате двухслойный тандем сработал с эффективностью 28,49 процента — на 2 процента больше, чем у солнечных элементов на основе кремния. Если авторам удастся добиться стабильности своих устройств, то рынок солнечной энергетики может измениться уже в ближайшее время.