В 100 разів дешевле. Ученые создали тандемные солнечные элементы без дорогостоящего индия

Разработку, описанную в журнале Science , удалось создать благодаря замене оксида на основе индия оксидом олова — материалом, который стоит всего 1% от цены индия, но при этом не уступает ему по эффективности.

Тандемные солнечные элементы считаются следующим поколением фотовольтаики: они объединяют несколько слоев, улавливающих разные части солнечного спектра, и благодаря этому обеспечивают более высокую эффективность по сравнению с традиционными панелями. Однако масштабированию их производства препятствовала зависимость от индия — редкого металла, запасы которого ограничены.

Юань Чен, профессор Университета Монаша в Сучжоу и факультета материаловедения и инженерии Университета Монаша, назвал это достижение первой реализацией высокоэффективного тандемного перовскитного солнечного элемента большой площади, не содержащего индия. По его словам, это доказывает, что технологию можно масштабировать далеко за пределы лабораторных образцов.

Чэнь отметил, что стоимость олова составляет лишь 1% от стоимости индия, поэтому данный прорыв открывает новый подход к выбору материалов и практический инженерный путь к созданию недорогой, устойчивой и масштабируемой тандемной фотовольтаики. По его словам, эта работа имеет стратегическое значение для индустриализации и внедрения высокоэффективных солнечных технологий нового поколения в масштабах тераваттного уровня.

Спрос на солнечную энергию в мире неуклонно растет, поэтому снижение зависимости от редких материалов становится все более важной задачей. Индий используется в широком спектре электронных устройств, а ограниченные запасы этого металла создают трудности для масштабного производства.

Заменив индий на оксид олова с помощью экономичного процесса реактивного плазменного осаждения, исследователи создали солнечные элементы, которые достигли сертифицированной эффективности 31% в мини-модуле коммерческого размера — и при этом стали более долговечными. Устройства выдержали жару, влажность и более трех месяцев эксплуатации на открытом воздухе, сохранив стабильную производительность.

По словам Чена, достижение эффективности более 30% в тандемном модуле коммерческого размера — важная техническая веха. Она доказывает, что высокую производительность можно сохранить, не полагаясь на редкие и дорогостоящие материалы.

Команда разработала процесс реактивного плазменного осаждения пленок оксида олова, выполняющих роль рекомбинационного слоя — промежуточного слоя, соединяющего различные части тандемного элемента. На участке площадью 1 квадратный сантиметр этот подход обеспечил сертифицированную эффективность 33%.

Распространив применение этой технологии на прозрачные электроды — как передний, так и задний, — команда изготовила тандемные солнечные элементы, полностью не содержащие индия. В итоге технологию масштабировали до мини-модуля площадью 207,9 квадратного сантиметра, достигнув сертифицированной эффективности 31%.