Секрет нового процесса заключается в том, что исследователи создают перовскитную пленку для солнечных элементов с помощью низкотемпературной процедуры всего при 50 градусах Цельсия. Это обещает энергосберегающий и экономичный этап производства для будущих производственных процессов. Тандемный солнечный элемент показал коэффициент полезного действия 20,5% при преобразовании света в электричество. Уже с этой первой попытки исследователи Empa подчеркнули, что он имеет гораздо больший потенциал для лучшего преобразования солнечного спектра в электричество.
Молекулярные футбольные мячи как подложка для магического кристаллаКлючом к этому двойному успеху стала разработка полупрозрачного солнечного элемента с КПД 14,2% и средней прозрачностью 72%, сделанного из иодида метиламмония, нанесенного в виде крошечных кристаллов перовскита. Перовскит выращивается на тонкой прослойке из вещества, обозначаемого аббревиатурой PCBM (метиловый эфир фенил-C61-масляной кислоты). Каждая молекула PCBM содержит 61 атом углерода, соединенных между собой в форме футбольного мяча.
Перовскитная пленка получается путем сочетания осаждения из паровой фазы и центрифугирования на этот слой, имеющий крошечную структуру, похожую на футбольный мяч, с последующим отжигом при «чуть теплой» температуре. Этот волшебный кристалл перовскита поглощает синий и желтый спектр видимого света и преобразует его в электричество.
Напротив, красный свет и инфракрасное излучение просто проходят через кристалл. В результате исследователи могут прикрепить еще один солнечный элемент под полупрозрачным перовскитным элементом, чтобы преобразовать оставшийся свет в электричество.Преимущество двухслойной ячейки: лучшее использование спектра солнечного света
Для нижнего слоя тандемного солнечного элемента исследователи Empa используют элемент CIGS (диселенид меди, индия, галлия), метод, который команда исследовала в течение многих лет. На основе элементов CIGS уже ведется мелкосерийное производство гибких солнечных элементов (см. Empa News от 11 июня 2015 г.).
Преимущество тандемных солнечных элементов в том, что они лучше используют солнечный свет. Солнечный элемент может преобразовывать излучение только с уровнем энергии, превышающим ширину запрещенной зоны используемого полупроводника. Если энергия излучения ниже, электричество не вырабатывается. Если излучение выше по энергии, избыточная излучаемая энергия преобразуется в тепло и теряется.
Двухслойный солнечный элемент, такой как перовскитный элемент CIGS от Empa, может объединять вещества с различной шириной запрещенной зоны и, таким образом, эффективно преобразовывать большую часть падающей солнечной энергии в электричество.Возможен КПД более 30%В то время как очень хорошие однослойные поликристаллические солнечные элементы могут практически преобразовывать максимум 25% солнечной энергии в электричество, тандемные солнечные элементы могут увеличить этот показатель до более 30%. Это по словам Айодхьи Тивари, главы лаборатории тонких пленок и фотоэлектрических элементов.
Однако он говорит, что прежде, чем это станет возможным, необходимо провести много исследовательской работы. «То, что мы достигли сейчас, — это только начало. Нам придется преодолеть множество препятствий, прежде чем достичь этой амбициозной цели.
Для этого нам понадобится большой междисциплинарный опыт и большое количество комбинаторных экспериментов, пока мы не найдем полупрозрачный высокоэффективный элемент вместе с правильным базовым элементом и технологии для электрических соединений этих солнечных элементов ».Стефан Бучелер, который координирует лабораторные исследования в команде Тивари, напоминает нам, что гонка за эффективностью в исследованиях солнечных элементов, безусловно, не просто академическое шоу. «При производстве электроэнергии на солнечной энергии только половина затрат приходится на сам солнечный модуль.
Другая половина приходится на инфраструктуру: инверторы, кабели, носители для элементов, инженерные расходы и установку. Эти дополнительные расходы снижаются, когда солнечные элементы становятся более эффективными и в результате могут быть построены меньшего размера. Это означает, что эффективные солнечные элементы являются ключом к недорогой возобновляемой электроэнергии ».