Немецкие учёные разработали технологию массового производства самых совершенных перовскитных солнечных ячеек

В самом престижном научном журнале Nature Energy вышла статья немецких учёных о разработке технологии масштабируемого производства самых совершенных на сегодня перовскитных солнечных фотоэлементов. Речь идёт о полностью перовскитном тандемном солнечном элементе, оба слоя которого содержат кристаллические структуры только этих минералов. Это означает, что такие элементы можно производить просто и быстро без потери довольно высокой эффективности.

Источник изображения: Bahram Abdollahi Nejand, KIT

Тандемные солнечные элементы позволяют ячейкам работать в более широком энергетическом спектре. Например, верхний кремниевый слой поглощает красный и инфракрасные спектры, а нижний перовскитный — синий и зелёные. На прошлой неделе такие тандемные перовскитные ячейки установили рекорд по эффективности, когда КПД фотоэлементов впервые в истории превысил 30 % (для элемента площадью 1 см², что важно, поскольку при увеличении масштаба КПД снижается). Результат удивительный, хотя следует помнить, что один из слоёв этого элемента представлен кремнием со всеми вытекающими особенностями производства, включая дорогую обработку.

В новом исследовании учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT) задались целью создать тандемную ячейку исключительно из перовскитных минералов с разной шириной запрещённой зоны, что дало бы возможность верхнему и нижнему слоям ячейки работать с разными спектрами и избежать использования кремния. Полученный результат оказался настолько хорош, что учёные назвали разработку прямым путём к массовому производству тандемных чисто перовскитных ячеек.

Используя комбинации механического нанесения растворов и вакуумного напыления, исследователи создали ячейку, которая при чистой площади фотоэлемента 12,25 см² (без учёта рамок и контактных электродов) показала КПД на уровне 19,1 %. При изготовлении такого же элемента площадью 0,1 см² КПД составило 23,5 %. Кратное масштабирование процесса изготовления привело всего к неполным 5 % падения эффективности. Это означает, что техпроцесс может быть масштабирован до массового без значительной потери эффективности. При этом сохраняются главные преимущества производства перовскитных ячеек — обработка с помощью жидких растворов и, как следствие, возможность создавать фотоэлектрические поверхности сложных форм и на гибкой подложке.

Работа свободно доступна в издании Nature Energy по ссылке.