Будучи легкодоступным и универсальным источником энергии, солнечный свет играет ключевую роль в переходе от ископаемого топлива к возобновляемым источникам и в независимом энергоснабжении. Солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электричество. В последние годы солнечные элементы, изготовленные из перовскитных полупроводников, показали большие перспективы благодаря их высокой эффективности и низким производственным затратам. Но эффективность отдельной перовскитной ячейки все еще ограничена, несмотря на огромный прогресс. Это ограничение может быть преодолено путем укладки двух солнечных элементов с разной шириной запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны - это характеристика материала, которая определяет часть падающего спектра, поглощаемую солнечным элементом для выработки электроэнергии.

Повышение эффективности за счет укладки

Тандемные солнечные элементы используют более широкий диапазон спектра и вырабатывают больше электроэнергии, что делает их более эффективными. Перовскитовые солнечные элементы с перестраиваемой шириной запрещенной зоны являются идеальными партнерами в тандеме не только для солнечных элементов, изготовленных из других материалов, но и для полностью перовскитовых тандемных солнечных элементов. Они отличаются низкой стоимостью производства, методами обработки, основанными на растворах, механической гибкостью и возможностью комбинировать ячейки с различными запрещенными зонами перовскита. Исследователи ожидают, что полностью перовскитовые тандемные солнечные элементы получат высокую долю рынка в будущем, если они смогут удовлетворить требованиям к стабильности и масштабируемости. Масштабируемость означает, что новые конструкции могут быть применены в больших масштабах и в массовом производстве.

Отдел, возглавляемый профессором Ульрихом В. Петцольдом из Института технологии микроструктур (IMT) и Института светотехники (LTI) в KIT, преуспел в разработке масштабируемого прототипа высокоэффективных полностью перовскитных тандемных солнечных модулей. Исследователи смогли увеличить отдельные перовскитовые ячейки с эффективностью до 23,5 процента при площади отверстия 0,1 квадратных сантиметра до полностью перовскитовых тандемных солнечных модулей с эффективностью 19,1 процента при площади отверстия 12,25 квадратных сантиметров. Область отверстия - это полезная часть поверхности, которая не закрыта электродами, рамками или крепежными элементами. Примерно на уровне пяти процентов потеря эффективности при увеличении масштаба относительно невелика. "Это первый отчет о полностью перовскитовых тандемных солнечных модулях во всем мире", - говорит доктор Бахрам Абдоллахи Неджанд, ведущий автор публикации и руководитель группы по полностью перовскитовым тандемным солнечным модулям.

Масштабирование стало возможным благодаря трем инновациям

Этот замечательный результат основан на трех ключевых инновациях. Исследователи KIT повысили эффективность за счет оптимизации светового пути и уменьшения отражений в архитектуре солнечных элементов. Они внедрили эффективную компоновку для тандемных солнечных модулей с использованием высокопроизводительного лазерного скрайбирования, что позволяет производить функциональные тандемные солнечные мини-модули с двухконтактными соединенными полосами ячеек. Наконец, они использовали процессы нанесения покрытий (покрытие лезвий и вакуумное осаждение), которые уже являются устоявшейся промышленной практикой. "Достижение этого выдающегося результата исследования было возможно только благодаря объединенному опыту KIT. Это послужит мотивацией для дальнейшей работы в академических кругах и промышленности, направленной на то, чтобы сделать устойчивую и новаторскую технологию полностью перовскитовых тандемных солнечных модулей коммерчески жизнеспособной за счет расширения масштабов и улучшения стабильности", - говорит Паетцольд. (или)