Майже 30% ефективності: китайці створили двошарову сонячну панель з рекордним ККД

Над проєктом працювали науковці Китайської академії наук (CAS). Вони створили тандемний сонячний елемент, який поєднує два різні типи фотоелементів. Верхній шар виконаний із перовскіту та поглинає світло з високою енергією, тоді як нижній шар CIGS (мідь, індій, галій і селен) уловлює довші хвилі світла, що проходять крізь верхній шар. Такий підхід дозволяє використовувати ширший спектр сонячного випромінювання та виробляти більше електроенергії, ніж традиційні одношарові сонячні панелі.
Однією з головних проблем широкозонних перовскітів залишається поступова втрата стабільності. Під час виробництва всередині матеріалу можуть утворюватися мікроскопічні дефекти, які сприяють переміщенню заряджених частинок. Згодом це погіршує характеристики елемента, особливо під впливом сонячного світла та високої температури.
Щоб усунути цю проблему, дослідники додали під час виробництва органічну сполуку bis(2-pyridylmethyl) sulfide (2PyS). На відміну від традиційних методів, які намагаються виправити дефекти вже після виготовлення елемента, нова речовина контролює процес формування кристалів перовскіту із самого початку.
а словами авторів роботи, 2PyS активно взаємодіє з іонами свинцю в структурі перовскіту. Це дозволяє зменшити кількість дефектів, обмежити переміщення галогенідних іонів і запобігти поділу матеріалу на різні фази під дією сонячного випромінювання. Крім того, сполука дещо сповільнює кристалізацію, завдяки чому формується рівномірніша та якісніша плівка з меншими втратами енергії.
Перовскітний верхній елемент окремо продемонстрував ефективність 22,21%. Нижній CIGS-елемент під час самостійної роботи забезпечив ККД 19,65%, однак у складі тандемної конструкції його ефективність знизилася до 7,5%, оскільки частину світла вже поглинав верхній шар.
Під час роботи обох фотоелементів у чотириконтактній тандемній конфігурації сумарний ККД досяг 29,71%, що робить розробку однією з найефективніших серед перовскітно-CIGS тандемних сонячних елементів.
Науковці також перевірили довговічність технології. Після 2000 годин безперервної роботи сонячний елемент зберіг понад 91% початкової ефективності, що свідчить про високу стабільність конструкції.