Тандемные элементы могут быть изготовлены из комбинации кремния - наиболее часто используемого фотоэлектрического материала - и новых соединений, таких как нанокристаллы перовскита, которые могут иметь большую запрещенную зону, чем кремний, и помогают устройству захватывать больше солнечного спектра для выработки энергии.

Синглетное деление, между тем, представляет собой метод, который производит в два раза больше электронных носителей заряда, чем обычно, для каждого поглощенного фотона света. Тетрацен используется в этих устройствах для передачи энергии, генерируемой синглетным делением, в кремний.

Ученые и инженеры по всему миру работают над наилучшим способом внедрения тандемных элементов и процессов синглетного деления в коммерчески жизнеспособные устройства, которые могут заменить обычные кремниевые солнечные элементы с одним переходом, обычно встречающиеся на крышах домов и в крупномасштабных массивах.

Теперь работа, проведенная Школой фотоэлектрической инженерии и возобновляемых источников энергии и Центром передового опыта ARC в области экситонной науки, оба базирующиеся в UNSW в Сиднее, выявила некоторые ключевые преимущества как тандемных элементов, так и синглетного деления.

Исследователи показали, что как тандемные ячейки кремний / перовскит, так и ячейки синглетного деления на основе тетрацена будут работать при более низких температурах, чем обычные кремниевые устройства. Это уменьшит воздействие тепла на устройства, продлив срок их службы и снизив стоимость производимой ими энергии.

Например, снижение рабочей температуры модуля на 5-10°C соответствует увеличению годовой выработки энергии на 2-4%. А срок службы устройств, как правило, удваивается при каждом снижении температуры на 10°C. Это означает увеличение срока службы на 3,1 года для тандемных клеток и на 4,5 года для клеток синглетного деления.

В случае с синглетными клетками деления есть еще одно удобное преимущество. Когда тетрацен неизбежно разлагается, он становится прозрачным для солнечного излучения, что позволяет элементу продолжать функционировать как обычное кремниевое устройство, хотя изначально оно работало при более низкой температуре и обеспечивало превосходную эффективность на первом этапе своего жизненного цикла.

Ведущий автор доктор Джессика Яцзе Цзян сказала: "Коммерческая ценность фотоэлектрических технологий может быть увеличена либо за счет повышения эффективности преобразования энергии, либо за счет увеличения срока службы. Первое является основной движущей силой для разработки технологий следующего поколения, в то время как потенциальным преимуществам продолжительности жизни уделяется мало внимания.

"Мы продемонстрировали, что эти передовые фотоэлектрические технологии также демонстрируют дополнительные преимущества с точки зрения увеличения срока службы за счет работы при более низкой температуре и большей устойчивости к деградации, представляя новую парадигму для оценки потенциала новых технологий солнечной энергетики".