·
·
Технологии и наука
Китайские учёные разработали метод пассивации, повысивший эффективность перовскитно-кремниевых солнечных элементов до 33% и обеспечивший их стабильность.
Группа исследователей из Китая создала целенаправленную технологию пассивации, которая существенно улучшает характеристики перовскитно-кремниевых тандемных солнечных элементов. Это достижение может устранить ключевое препятствие на пути коммерческого использования таких панелей.
Тандемные солнечные элементы нового поколения объединяют перовскитный элемент, расположенный сверху, с традиционным кремниевым элементом снизу, что позволяет улавливать более широкий спектр солнечного излучения и достигать более высокой эффективности по сравнению с кремниевыми элементами отдельно.
В разработанной технологии учёные сосредоточились на снижении электрических утечек, возникающих из-за неравномерного нанесения перовскитного слоя на промышленные кремниевые подложки.
В тандемных элементах перовскитный верхний слой эффективно поглощает фотоны с высокой энергией, а кремниевый нижний слой оптимизирован для улавливания света с меньшей энергией.
Теоретически такая конструкция способна превзойти пределы эффективности кремниевых элементов с одним переходом, что в перспективе позволит создавать более лёгкие и мощные солнечные элементы, расширяя доступность технологии.
Промышленные кремниевые пластины для солнечных элементов обычно имеют поверхность с пирамидальной текстурой, которая снижает отражение и повышает поглощение света. Однако такая текстура затрудняет равномерное нанесение перовскитного слоя, создавая дефектные участки, подверженные локальным токам утечки, что снижает эффективность и стабильность.
Исследователи из Института материаловедения и инженерии Нинбо (NIMTE) при Китайской академии наук совместно с коллегами из Университета Сучжоу и Университета Тайчжоу в провинции Цзянсу разработали стратегию селективной пассивации пиков текстуры.
Они применили полистирольные наношарики в качестве шаблона для нанесения тонкого изолирующего слоя оксида алюминия исключительно на вершины кремниевых пирамид. Этот метод блокирует пути утечек, не мешая основному участку поверхности, необходимому для эффективного переноса зарядов.
Для проверки технологии была использована ячейка с активной площадью около одного квадратного сантиметра, показавшая коэффициент преобразования энергии примерно 33%. В ходе испытаний элемент сохранил около 90% начальной эффективности после 1000 часов непрерывной работы, что свидетельствует о высокой стабильности.
«Данная стратегия проста и совместима с существующими промышленными производственными линиями, что приближает перовскитно-кремниевые тандемные солнечные элементы к коммерческому применению», — отметил Е Цзичунь, один из авторов исследования, в сообщении государственного СМИ.
Мировая солнечная индустрия стремится к технологиям, позволяющим превзойти типичные 22-24% эффективности массово производимых кремниевых модулей.
Тандемные архитектуры считаются одним из наиболее перспективных направлений, однако масштабирование сталкивается с трудностями из-за проблем с интерфейсами и нанесением на текстурированные подложки.
Фокусировка пассивации только на наиболее проблемных дефектах позволяет избежать компромиссов в производительности, характерных для более широких обработок поверхности. Совместимость с существующими производственными процессами может ускорить внедрение и снизить затраты на высокоэффективные солнечные установки для коммунального, кровельного и специализированного применения.
Несмотря на обнадёживающие лабораторные результаты, необходимы дальнейшие исследования для подтверждения эффективности технологии на больших масштабах и в различных климатических условиях.
