Немецкая исследовательская группа разработала тандемный солнечный элемент, эффективность которого достигает 24% - измеряется в соответствии с долей фотонов, преобразованных в электричество (то есть электронов). Это устанавливает новый мировой рекорд как самая высокая эффективность, достигнутая до сих пор с помощью этой комбинации органических поглотителей и поглотителей на основе перовскита. Солнечный элемент был разработан группой профессора доктора Томаса Ридля из Университета Вупперталя совместно с исследователями из Института физической химии Кельнского университета и другими партнерами по проекту из университетов Потсдама и Тюбингена, а также Центра Гельмгольца в Берлине и Института Макса Планка в Эйзенфорсинге в Германии. Дюссельдорф.
Результаты были опубликованы в Природа под названием "Тандемные солнечные элементы из перовскита и органики с межсоединением из оксида индия".
Традиционные технологии солнечных элементов в основном основаны на полупроводниковом кремнии и в настоящее время считаются "настолько хорошими, насколько это возможно". Вряд ли можно ожидать значительного повышения их эффективности, то есть увеличения количества ватт электроэнергии на ватт собранного солнечного излучения. Это делает еще более необходимой разработку новых солнечных технологий, которые могут внести решающий вклад в энергетический переход. В этой работе были объединены два таких альтернативных материала-поглотителя. Здесь были использованы органические полупроводники, которые представляют собой соединения на основе углерода, способные проводить электричество при определенных условиях. Они были соединены с перовскитом на основе соединения свинца и галогена, обладающим превосходными полупроводниковыми свойствами. Обе эти технологии требуют значительно меньше материалов и энергии для их производства по сравнению с обычными кремниевыми элементами, что позволяет сделать солнечные элементы еще более устойчивыми.
Поскольку солнечный свет состоит из различных спектральных компонентов, то есть цветов, эффективные солнечные элементы должны преобразовывать как можно больше этого солнечного света в электричество. Этого можно достичь с помощью так называемых тандемных элементов, в которых в солнечном элементе объединены различные полупроводниковые материалы, каждый из которых поглощает различные диапазоны солнечного спектра. В текущем исследовании органические полупроводники использовались для ультрафиолетовой и видимой частей света, в то время как перовскит может эффективно поглощать в ближнем инфракрасном диапазоне. Подобные комбинации материалов уже исследовались в прошлом, но теперь исследовательской группе удалось значительно повысить их производительность.
В начале проекта лучшие в мире тандемные элементы из перовскита и органики имели КПД около 20 процентов. Под руководством Университета Вупперталя исследователи из Кельна вместе с другими партнерами по проекту смогли увеличить это значение до беспрецедентных 24 процентов. "Чтобы достичь такой высокой эффективности, потери на границах раздела материалов внутри солнечных элементов должны были быть сведены к минимуму", - говорит доктор Селина Олтхоф из Института физической химии Кельнского университета. "Чтобы решить эту проблему, группа в Вуппертале разработала так называемый интерконнект, который соединяет органическую подэлементную ячейку и перовскитовую подэлементную ячейку электронно и оптически".
В качестве межсоединения в солнечный элемент был встроен тонкий слой оксида индия толщиной всего 1,5 нанометра, чтобы потери были как можно ниже. Исследователи из Кельна сыграли ключевую роль в оценке энергетических и электрических свойств интерфейсов и межсоединений с целью выявления процессов потерь и дальнейшей оптимизации компонентов. Моделирование, проведенное группой в Вуппертале, показало, что при таком подходе в будущем могут быть достигнуты тандемные ячейки с эффективностью более 30%.
Комментарии