Тоньше, гибче и долговечнее. Новый китайский тандемный солнечный элемент достиг рекордной эффективности 28,04%
Группа китайских исследователей из Института химии Китайской академии наук разработала усовершенствованные тандемные солнечные элементы нового поколения на основе перовскитно-органических соединений.
В ходе испытаний новый фотоэлемент продемонстрировал рекордную эффективность преобразования энергии в стационарном режиме, составившую 28,04% (при пиковом показателе 28,80%). Кроме того, разработка показала высокую долговечность, сохранив 90% своей первоначальной эффективности после 625 часов непрерывного облучения в соответствии со стандартным протоколом тестирования ISOS-L-1.
В отличие от стандартных кремниевых солнечных панелей, которые тяжелы и дороги в производстве, новые тандемные элементы имеют многослойную конструкцию, напоминающую сэндвич. Каждый слой в такой системе оптимизирован для поглощения волн определенной длины солнечного спектра, благодаря чему устройство улавливает свет гораздо эффективнее, чем традиционные кремниевые аналоги.
Главной проблемой широкозонных перовскитов, используемых в подобных элементах, долгое время оставалась структурная нестабильность. В частности, высокое содержание брома приводило к неравномерному химическому смешиванию в процессе изготовления и к расслоению элементов под воздействием света. Для стабилизации материала китайские химики ввели специальную светочувствительную добавку TDB. На первом этапе она замедляет выделение брома в ходе кристаллизации, обеспечивая равномерное распределение веществ при термической обработке. Впоследствии, уже под воздействием солнечных лучей, добавка меняет свою молекулярную структуру, прочно связывается с границами зерен перовскита и блокирует возникновение дефектов.
Благодаря модификации одиночный солнечный элемент достиг эффективности 20,01% при высоком напряжении холостого хода 1,42 вольта. При последующем объединении с органическим нижним слоем в единую монолитную систему общий сертифицированный КПД стабилизировался на уровне 28,04%.
Такие тонкопленочные элементы можно печатать низкотемпературными чернилами на гибком пластике. Эта особенность открывает широкие возможности для повседневного применения: активными источниками чистой энергии можно будет сделать стеклянные фасады небоскребов, «умную» одежду или портативное туристическое снаряжение. А благодаря минимальному весу и высокому соотношению мощности к массе эта разработка чрезвычайно перспективна для использования на космических спутниках и в ходе дальних исследовательских миссий.
Параллельно над подобными технологиями работают и в Европе: немецкие ученые из Берлинского центра имени Гельмгольца и Берлинского университета имени Гумбольдта недавно достигли эффективности преобразования солнечной энергии на уровне 25,5% с помощью собственной тандемной батареи, опубликовав результаты в журнале Nature.