Инженеры исследовательского центра Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) добились эффективности 29,8% у тандемного солнечного элемента с основой из кристаллического кремния и слоем из перовскита (галогенида металла). Этот полупроводниковый материал был в центре внимания ученых HZB в течение нескольких лет, поскольку он отлично преобразует солнечный свет в электроэнергию и может хорошо сочетаться с другими полупроводниковыми технологиями.
Благодаря достижению новой эффективности немецкие исследователи побили свой собственный рекорд в 29,15% для тандемного фотоэлемента, сделанный в январе 2020 года. Затем, в декабре этого же года сотрудники Oxford PV достигли 29,52%. Но гонка за рекордной эффективностью далека от завершения, уверены ученые.
«Эффективность 30% — это психологический предел для этой захватывающей новой технологии. В ближайшем будущем она может произвести революцию в фотоэлектрической индустрии», — объясняет Стив Альбрехт, один из участников исследования.
В своей работе ученые сконцентрировались на оптическом улучшении кремниевой ячейки с гетеропереходом, которая составляет основу тандема. Для этого на переднюю часть было нанесено нанотекстурирование и добавлен диэлектрический задний отражатель, который направляет больше света в ячейку. Однако прежде всего, для повышения эффективности основным преимуществом является нанотекстурирование на границе между кремнием и перовскитом.
Основное внимание было уделено тому, как увеличивается плотность фототока с применением различных текстур. «Даже нанотекстурирование на одной стороне улучшает поглощение света и обеспечивает более высокий ток короткого замыкания по сравнению с плоским эталоном, — говорит Йоханнес Саттер из HZB. — Примечательно, что наноструктуры также приводят к небольшому улучшению качества образования электронов и к лучшему образованию пленки из перовскитных слоев», — добавляет его коллега Филипп Токхорн.
В то время как пограничный слой между двумя тандемными элементами улучшает транспортировку носителей заряда, диэлектрический отражатель увеличивает количество света, попадающего в ячейку. Это обеспечивается за счет отражения инфракрасного света на задней стороне ячейки обратно в кремниевый поглотитель. «С помощью диэлектрического отражателя, мы смогли более эффективно использовать эту часть солнечного света, что привело к увеличению фототока», — говорит Александрос Круз Бурназу, который также принимал участие в исследовании.
Ученые уже имеют представление о том, как еще больше повысить КПД фотоэлемента. Речь идет о наноструктурировании слоев поглотителя с обеих сторон. По их утверждению, это сделает 30-процентную эффективность реалистичной.
