Солнечные панели из кремния и перовскита могут обеспечить дешевой солнечной энергией

Объединив кремниевые солнечные элементы с их дешевым и эффективным аналогом на основе перовскита, исследователи в Стэнфорде и Массачусетском технологическом институте создают новый тип «тандемных ячеек», которые могут достигнуть эффективности до 35 процентов.

Из всех технологий солнечных элементов, обнаруженных до сих пор, перовскит, несомненно, является наиболее быстро растущим и одним из наиболее перспективных материалов в будущем. За несколько лет развития солнечные элементы со структурой перовскита ушли от эффективности в низких однозначных цифрах и добрались до респектабельных 20 процентов.

Более традиционные элементы на основе кремния по-прежнему лидируют в эффективности, но прогресс замедлился, так как, по мнению некоторых ученых, эта продукция приближается к теоретическому максимуму.

С другой стороны, высокая скорость, с которой элементы из перовскита улучшаются, в сочетании с низкими производственными затратами и тем фактом, что они могут быть даже распылены на окнах и крышах, делает их очень интересным предложением.

Исследователи Тонио Буонасиси (Tonio Buonassisi), Джонатан Майлоа (Jonathan Mailoa) и их команда нашли способ соединить ячейки кремния и перовскита в единую «тандемную ячейку», которая может оказаться дешевле и эффективнее, чем современные технологии. Новое устройство — это улучшенная версия предыдущей работы ученых, в которой две ячейки просто сложены друг на друга и требуют раздельные контрольные цепи для функционирования, что делает их тяжелыми в производстве и использовании.

В их новом устройстве верхние суб-ячейки, изготовленные из полупрозрачного перовскита, поглощают больше фотонов в ближнем УФ-спектре. Фотоны, которые на этом этапе не преобразованы в электричество, проходят к нижней части ячейки и следуя через кремниевый «туннельный переход» попадают на нижнюю кремниевую ячейку, которая поглощает часть оставшегося света (в основном с более низкой энергией, ближних инфракрасных фотонов).

Новая ячейка достигает КПД преобразования энергии в 13,7 процента. Это очень мало по сравнению со стандартными ячейками из перовскита или кремния, но причиной, в основном, является то, что суб-ячейки не были оптимизированы для совместной работы. Кроме того, количество напряжения, возникающего в этой конструкции, ограничено мощностью наименее эффективного слоя. Такой эффект можно уменьшить, как можно точнее совмещая выходы обеих суб-ячеек. Таким образом, исследователи полагают, ячейка может достичь эффективности 30 или даже 35 процентов.

Идея использования различных слоев для поглощения различных частей спектра не нова, это принцип на котором основаны мульти-контактные солнечные элементы, но важным преимуществом этой новой конструкции будет стоимость. Мульти-контактные солнечные элементы могут достигать эффективности около 40 процентов, но они часто используют редкие и дорогие материалы, которые просто не могут быть использованы в большем масштабе. Производство тандема ячейки кремний-перовскит, однако, должно быть относительно простым, поскольку материалы легко и недорого достать, а процесс будет похожим на создание стандартных кремниевых элементов.

В настоящее время исследователи работают над оптимизацией выходной мощности ячейки, улучшая качество суб-ячейки из перовскита (что в настоящее время является главным препятствием) и экспериментируют над тем, как сделать композит из перовскита, сочетание неорганического материала с водорастворимым органическим материалом, более прочным на открытом воздухе и без ущерба для эффективности.

Facepla.net по материалам: mit.edu

Комментарии: