Швейцария устанавливает новый мировой рекорд эффективности солнечных элементов на основе перовскита и кремния

Солнечная энергетика остается ключевым направлением возобновляемых источников энергии, однако ученые постоянно ищут способы сделать её более эффективной и доступной. Похоже, главным инструментом в достижении этой цели станет использование перовскита в производстве панелей.

Исследователи из швейцарских институтов EPFL и CSEM совершили значительный рывок, разработав солнечный элемент с тройным переходом. Эта конструкция объединяет два тонких слоя перовскита с нижним слоем из кристаллического кремния. В результате испытаний была зафиксирована сертифицированная эффективность в 30,02%.

Результаты исследования были опубликованы в престижном научном журнале Nature. Этот показатель официально признан новым мировым рекордом, так как он значительно превосходит предыдущее достижение для архитектур подобного типа, которое составляло 27,1%.

Технологический триумф швейцарских инженеров

Достижение планки в 30,02% стало возможным благодаря использованию сложной архитектуры «перовскит-перовскит-кремний». В отличие от стандартных тандемных ячеек, этот прибор состоит из трех слоев, каждый из которых настроен на поглощение определенной части солнечного спектра.

В основании конструкции лежит традиционный кремний, над которым расположены две тонкие пленки перовскита. Такая комбинация позволяет захватывать больше энергии, однако до недавнего времени технические сложности мешали реализации потенциала этой схемы.

Основные проблемы заключались в потере напряжения в верхнем слое и недостаточном токе в промежуточном слое. Команда ученых смогла устранить оба этих препятствия одновременно, что и привело к рекордному результату.

Инновации, изменившие правила игры

В основе успеха лежат три ключевых инженерных решения:

• Улучшение кристаллизации: В верхний слой перовскита добавили специальную молекулу — 4-гидроксибензиламин. Это позволило контролировать процесс образования кристаллов и минимизировать внутренние дефекты, обеспечив напряжение до 1,405 В.
• Трехэтапное производство: Для среднего слоя был разработан уникальный процесс изготовления, позволяющий создавать более толстую и стабильную пленку перовскита без нарушения её внутренней структуры.
• Оптическая оптимизация: Между кремнием и средним слоем были внедрены наночастицы оксида кремния. Они работают как зеркало, возвращая часть света обратно в центральную ячейку для повторного поглощения.

Хотя экспериментальный образец имеет небольшую площадь в 1 квадратный сантиметр, достигнутая эффективность устанавливает новый стандарт для всей индустрии.

Почему это важно для будущего энергетики

На сегодняшний день самые эффективные солнечные элементы создаются из полупроводников групп III-V. Они показывают великолепные результаты, но из-за огромной стоимости используются в основном в космической отрасли. Перовскит и кремний гораздо дешевле в производстве, и достижение ими аналогичных показателей эффективности может полностью перестроить рынок солнечной энергии.

Путь перовскита в науке был стремительным: на заре исследований его эффективность составляла всего 13%, а сегодня она уже перешагнула порог в 30%. Несмотря на то, что технология пока не готова к массовому внедрению, швейцарские ученые уже работают над вопросами масштабирования производства и обеспечения долговечности панелей для их последующего коммерческого использования.