Прорыв в производстве высокоэффективных перовскитных солнечных ячеек

Технологию масштабируемого производства самых совершенных на сегодня перовскитных солнечных фотоэлементов разработали в Германии. Это полностью перовскитный тандемный солнечный элемент, оба слоя которого содержат кристаллические структуры только этих минералов. Их можно производить просто, быстро и с незначительной потерей эффективности.

Тандемные солнечные элементы позволяют ячейкам работать в более широком энергетическом спектре. Например, верхний кремниевый слой поглощает красный и инфракрасные спектры, а нижний перовскитный — синий и зеленые. Недавно такие тандемные перовскитные ячейки установили рекорд по эффективности — КПД фотоэлементов впервые в истории превысил 30% (для элемента площадью 1 см2, что важно, поскольку при увеличении масштаба КПД снижается). Результат удивительный, хотя следует помнить, что один из слоев этого элемента представлен кремнием со всеми вытекающими особенностями производства, включая дорогую обработку.

В новом исследовании ученые из Технологического института Карлсруэ задались целью создать тандемную ячейку исключительно из перовскитных минералов с разной шириной запрещенной зоны, что дало бы возможность верхнему и нижнему слоям ячейки работать с разными спектрами и избежать использования кремния. Полученный результат оказался настолько хорош, что ученые назвали разработку "прямым путем к массовому производству тандемных перовскитных ячеек".

Используя комбинации механического нанесения растворов и вакуумного напыления, исследователи создали ячейку, которая при чистой площади фотоэлемента 12,25 см2 показала КПД на уровне 19,1%. Кратное масштабирование размера привело всего к неполным 5% падения эффективности. Это означает, что этот техпроцесс может быть масштабирован до массового без значительной потери эффективности. При этом сохраняются главные преимущества производства перовскитных ячеек — обработка с помощью жидких растворов и, как следствие, возможность создавать фотоэлектрические поверхности сложных форм и на гибкой подложке.