Toshiba объявила о новом рекорде эффективности преобразования солнечной энергии своего прозрачного фотоэлемента на основе оксида меди (Cu2O). Он получил КПД 8,4%, что является самым высоким в мире показателем среди аналогичных устройств. По оценке Toshiba, при расположении нового элемента в качестве верхнего слоя над кремниевым элементом с КПД в 25% (тандемная ячейка Cu2O-Si) достигается общая эффективность в 27,4%, что заметно выше 26,7% самого высокого показателя, зарегистрированного для любого стандартного кремниевого элемента.
Согласно методикам испытаний, определенным Японской организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO), и подсчетами Toshiba, оборудованный тандемными фотоэлементами элементами Cu2O-Si электромобиль сможет проехать до 35 км в день только лишь на энергии солнца. Более того, Toshiba ожидает, что новая ячейка ускорит разработку электрокаров без необходимости подзарядки от сети и продвинет другие мобильные приложения, такие как Бестопливные беспилотники на высотной платформе (HAPS).
Тандемный солнечный элемент обеспечит создание более эффективных солнечных панелей за счет объединения верхних и нижних ячеек, которые генерируют энергию на разных длинах волн. Ранее сообщалось о тандемных элементах с КПД близким к 30%, что намного выше, чем у любого обычного кристаллического кремниевого аналога, но они изготовлены из очень дорогих материалов (вроде арсенида галлия) со стоимостью на порядок выше, чем у традиционных кремниевых элементов, что сильно ограничивает их применение.
Toshiba сосредоточила свои исследования на прозрачных элементах Cu2O. Они изготовлены из доступных в природе материалов, что снижает затраты и открывает путь к высочайшей эффективности. Toshiba разработала первый прозрачный солнечный элемент Cu2O в 2019 году и продемонстрировала тандемный элемент Cu2O-Si, обеспечивающий КПД в 23,8% в том же году, в то время как типичный показатель кремниевых солнечных элементов составлял 22%.
Последнее достижение компании в области фотоэлектрической эффективности является результатом точного контроля примесей CuO и Cu во время изготовления слоя ячейки Cu2O. Эти примеси образуются в текущем методе осаждения реактивным распылением из-за природы Cu2O, и они являются основной причиной снижения КПД и прозрачности.
«Рентгеновский дифракционный анализ позволяет нам обнаруживать и количественно определять степень CuO и Cu, предоставляя нам данные, которые помогают определить наилучшее осаждение примесей до самого низкого уровня. Наши цели — 10% КПД для верхней ячейки Cu2O и 80% светопропускания. Этот прорыв приближает нас на шаг ближе к этим целям», — заявил Казусиге Ямамото, сотрудник Корпоративного центра исследований и разработок Toshiba.
