Учёные из Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) совместно с CSEM сообщили о создании солнечного элемента нового типа, который впервые преодолел рубеж в 30% эффективности. Разработка, результаты которой опубликованы в журнале Nature, основана на трёхслойной архитектуре и объединяет кремний с двумя слоями перовскитовых полупроводников, что позволяет значительно повысить эффективность преобразования солнечного света в электричество при сохранении потенциала для масштабируемого производства.
Сертифицированный показатель эффективности устройства составил 30,02%, превысив предыдущий рекорд в 27,1% для аналогичных решений. Ключевым фактором стала многослойная структура, в которой каждый уровень улавливает разные части солнечного спектра: кремниевый нижний слой работает с длинноволновым излучением, а два перовскитных слоя — с более короткими волнами, что позволяет снизить энергетические потери и увеличить общий выход электроэнергии. Такой подход давно рассматривается как один из наиболее перспективных в солнечной энергетике, однако до сих пор сталкивался с рядом технологических ограничений.
Исследовательская команда смогла решить сразу несколько ключевых проблем. В верхнем перовскитном слое была применена специальная молекула, направляющая формирование кристаллической структуры и уменьшающая количество дефектов, благодаря чему удалось повысить напряжение до уровня около 1,4 вольта. Для среднего слоя разработан новый трёхэтапный метод производства, усиливающий поглощение света в ближнем инфракрасном диапазоне — ранее это считалось одним из главных узких мест подобных технологий. Дополнительно между слоями были внедрены наночастицы, отражающие часть света обратно в структуру и тем самым увеличивающие генерацию тока без изменения размеров устройства.
До настоящего времени наивысшие показатели эффективности демонстрировали многослойные солнечные элементы на основе так называемых III–V полупроводников, применяемые преимущественно в космической отрасли. Их КПД может достигать 35–37%, однако стоимость таких решений остаётся крайне высокой — в сотни и тысячи раз выше традиционных кремниевых панелей. Новая разработка принципиально меняет баланс: она показывает, что к аналогичным уровням эффективности можно приблизиться, используя более доступные материалы и технологии, совместимые с существующей промышленной базой.
По оценке разработчиков, потенциал трёхслойных солнечных элементов может превышать 40% эффективности, что открывает возможности для создания принципиально новых энергетических систем — от бытовых установок до крупных солнечных электростанций. При этом ключевыми задачами остаются масштабирование производства и повышение долговечности перовскитных слоёв, которые пока уступают традиционным материалам по стабильности.
Экологическое значение таких разработок трудно переоценить. Повышение эффективности солнечных панелей означает снижение затрат на генерацию энергии, уменьшение площади, необходимой для размещения электростанций, и ускорение перехода к возобновляемым источникам энергии. В этом смысле новый результат EPFL можно рассматривать не только как технологический рекорд, но и как важный шаг к более устойчивой энергетике, способной снизить зависимость от ископаемого топлива и сократить углеродный след глобальной экономики.