Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали прототип полностью масштабируемых тандемных солнечных модулей из перовскита. Эти модули имеют КПД до 19,1% при площади апертуры 12,25 кв.см. Этот результат, первый в своем роде, зарегистрированный во всем мире, стал возможен благодаря повышению эффективности за счет оптимизированных световых путей, высокопроизводительного лазерного скрайбирования и использования признанных промышленных методов нанесения покрытий. Исследователи представляют свои результаты в журнале Nature Energy.
Будучи легкодоступным и универсальным источником энергии, солнечный свет играет ключевую роль в переходе от ископаемого топлива к возобновляемым источникам и в независимом энергоснабжении. Солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электричество. В последние годы солнечные элементы из перовскитных полупроводников показали большие перспективы благодаря их высокой эффективности и низкой стоимости производства. Но эффективность отдельной перовскитной клетки все еще ограничена, несмотря на огромный прогресс. Это ограничение можно обойти, установив два солнечных элемента с разной шириной запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны — это характеристика материала, определяющая часть падающего спектра, которую солнечный элемент поглощает для выработки электроэнергии.
Повышение эффективности за счет стекирования
Тандемные солнечные элементы используют более широкий диапазон спектра и производят больше электроэнергии, что делает их более эффективными. Солнечные элементы на основе перовскита с настраиваемой шириной запрещенной зоны являются идеальным партнером не только для солнечных элементов из других материалов, но и для тандемных солнечных элементов, полностью состоящих из перовскита . Они отличаются недорогим производством, методами обработки на основе растворов, механической гибкостью и возможностью комбинировать ячейки с различной шириной запрещенной зоны перовскита. Исследователи ожидают, что полностью перовскитные тандемные солнечные элементы получат большую долю рынка в будущем, если они смогут удовлетворить требования к стабильности и масштабируемости. Масштабируемость означает, что новые конструкции могут применяться в больших масштабах и в массовом производстве.
Отделу, возглавляемому профессором Tenure-Track Ульрихом В. Петцольдом из Института технологии микроструктур (IMT) и Института технологии света (LTI) в KIT, удалось разработать масштабируемый прототип высокоэффективных тандемных полностью перовскитных солнечных модулей. Исследователи смогли масштабировать отдельные перовскитные ячейки с эффективностью до 23,5% при площади апертуры 0,1 квадратных сантиметра до цельноперовскитных тандемных солнечных модулей с эффективностью 19,1% при площади апертуры 12,25 квадратных сантиметра. Площадь проема – это полезная часть поверхности, не закрытая электродами, рамками или креплениями. Приблизительно 5% потери эффективности при апскейлинге относительно невелики. «Это первое сообщение о полностью перовскитном тандемном солнечном модуле в мире», — говорит доктор Бахрам Абдоллахи Неджанд.
Увеличение масштаба благодаря трем инновациям
Этот замечательный результат основан на трех ключевых инновациях. Исследователи KIT повысили эффективность, оптимизировав путь света и уменьшив отражения в архитектуре солнечных элементов. Они внедрили эффективную компоновку тандемных солнечных модулей с использованием высокопроизводительного лазерного скрайбирования, что позволяет производить функциональные тандемные солнечные мини-модули с двумя соединенными между собой ячейками. Наконец, они использовали процессы нанесения покрытий (покрытие лезвиями и вакуумное напыление), которые уже вошли в промышленную практику.
«Достижение этого выдающегося результата исследования стало возможным только благодаря объединению опыта в KIT. Это послужит мотивацией для дальнейшей работы в академических кругах и промышленности, чтобы сделать устойчивую и новаторскую технологию тандемных солнечных модулей , полностью состоящих из перовскитов , коммерчески жизнеспособной за счет масштабирования и улучшения стабильности, — говорит Паецольд.
