Ученые EPFL в Невшателе разработали тандемный солнечный элемент, который может обеспечить сертифицированный КПД 29,2%. Это достижение стало возможным благодаря объединению солнечного элемента из перовскита с солнечным элементом из текстурированного кремния.
Солнечные элементы из кремния широко используются, но имеют ограниченную эффективность преобразования энергии. Эти выходы, вероятно, превысят около 27% в обозримом будущем из-за фундаментальных термодинамических ограничений. Модули, включающие эти солнечные элементы, будут иметь максимальный выход около 23–25%.
Однако эти ограничения можно преодолеть, объединив кремний с дополнительным солнечным элементом, который поглощает сине-зеленую часть солнечного спектра и использует ее более эффективно, образуя так называемый «тандем». Недавно было показано, что среди различных материалов, которые можно использовать для тандема, галогенидные перовскиты лучше всего подходят для повышения эффективности кремния без значительных затрат на производство.
Одним из препятствий был поиск способа равномерного покрытия поверхности кремния, которая намеренно шероховатая или текстурированная, тонкой пленкой галоидных перовскитов. Текстурированная поверхность используется для того, чтобы свести к минимуму отражение света. Такую систему уже можно найти во всех коммерчески доступных элементах из кристаллического кремния.
Ученые из Лаборатории фотогальваники и тонкопленочной электроники (PV-lab) EPFL под руководством Кристофа Баллифа в 2018 году разработали метод равномерного выращивания слоев перовскита на текстурированном кремнии. Было показано, что их устройства для проверки концепции достигают эффективности 25,2%. Теперь исследователи улучшили процесс кристаллизации перовскита и разработали очень прозрачные оконные слои, что привело к созданию тандемных солнечных элементов с эффективностью 29,2% на поверхности площадью 1 см 2 . Этот выход был независимо сертифицирован Институтом систем солнечной энергии Фраунгофера (Fraunhofer ISE) в Германии и устанавливает новый мировой рекорд для полностью текстурированного перовскит -кремниевого устройства.
Однако это лишь промежуточный шаг. Исследовательская группа уже видит четкий путь к достижению выходов свыше 30% за счет использования преимущества высокого тока, обеспечиваемого кремниевой текстурой. «Для вывода таких технологий и производственных процессов на рынок требуется несколько лет исследований и разработок, — говорит Баллиф. «Большой проблемой будет разработка солнечных элементов, которые могут оставаться стабильными на наших крышах в течение более 25 лет. Но более высокая эффективность, которую мы продемонстрировали без изменения текстуры фасада, будет очень привлекательной для фотоэлектрической промышленности». Открытие показывает высокие перспективы снижения стоимости производства электроэнергии в расчете на кВтч за счет производства большего количества энергии на той же площади.
