LONGi и Университет Сучжоу решают проблему интерфейса с наночастицами ZrO₂. 34% — не рекорд, но такой подход может способствовать развитию производства.
Кристаллические кремниевые элементы практически исчерпаны: физически их верхний предел составляет около 29,4 процента. Поэтому надежды отрасли возлагаются на тандемные элементы.
Подробности читайте после объявления
Чрезвычайно тонкий слой перовскита расположен на кремниевом элементе и поглощает синюю часть солнечного света, в то время как кремний под ним использует красную часть. Теоретически возможно до 43 процентов. До сих пор существовала практическая проблема со слоем в самом низу ячейки.
Именно с этого начали исследователи из Университета Сучжоу и Центрального научно-исследовательского института фотоэлектрической компании LONGi.
Их статья в журнале Science Bulletin описывает тандемную ячейку, эффективность которой в лаборатории достигла 34,0%. Второй, независимо сертифицированный компонент, достиг 33,5 процента — и напряжения холостого хода 2,014 вольт, одного из самых высоких значений, измеренных для этого класса элементов на сегодняшний день.
Проблема кроется в скрытом интерфейсе
Кремниевые элементы имеют шероховатую пирамидообразную поверхность, поэтому отражается как можно меньше света.
Эта текстура является препятствием для наносимого жидкостью предшественника перовскита: пленка становится неровной, остаются поры и мелкие кристаллические зерна. Еще более неудобным является место, где перовскит встречается со слоем переноса дырок, скрытой границей раздела.
Подробности читайте после объявления
Именно здесь носители заряда теряют свою энергию, не подавая электричество; Специалисты называют это безызлучательной рекомбинацией. С другой стороны, защитные слои существуют уже давно, но они часто действуют как изолятор и замедляют транспорт зарядов.
Строительные леса с проемами
Хитрость команды: вместо сплошного слоя они разбросали отдельные наночастицы моноклинного диоксида циркония (ZrO2) между прозрачным проводящим оксидом и самоорганизованным молекулярным монослоем.
В результате получается дырявый нанокаркас. Частицы изменяют поверхностную энергию так, что раствор перовскита растекается более равномерно и образует более плотные пленки с более крупными зернами.
В то же время островки ZrO2 экранируют локальные флуктуации поля и подавляют рекомбинацию, а свободные области между ними позволяют зарядам продолжать утекать.
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия поддерживает образование связей Zr-OP с молекулами – отсюда и название «двойно закрепленная межфазная архитектура».
Время жизни носителей заряда увеличилось с 1,46 до 2,81 микросекунды.
Лаборатория – это не крыша дома
Лучший элемент обеспечивал напряжение холостого хода 1,997 В, плотность тока короткого замыкания 20,36 мА/см² и коэффициент заполнения 83,62 процента. Инкапсулированные образцы работали в течение 2000 часов при непрерывном освещении с оптимальной производительностью и сохраняли более 84 процентов своей первоначальной эффективности — при комнатной температуре в лаборатории.
Жара, влажность, загрязнение и изменяющееся излучение настоящей крыши остаются непроверенными. Компактное короткое сообщение также оставляет вопросы без ответа: авторы не называют, кто сертифицировал 33,5 процента и 2,014 вольта, в документах также не упоминается активная площадь элемента.
Ячейка не является рекордсменом по эффективности. В сравнительных таблицах «Таблицы эффективности солнечных батарей» уже указан 35,2 процента для этого типа, а в июле сама LONGi сообщила о тандемном элементе, сертифицированном Европейской солнечной испытательной установкой, с 35,5 процента, как показывает отчет производителя.
Ценность исследования заключается в другом: в сочетании высокого напряжения, замедленной рекомбинации и функционирующего транспорта заряда.
Тот факт, что производитель участвует в проекте, говорит об интересе к производству. LONGi представила тандемные элементы с 34,3 процента на 261 см² и 32,2 процента на 274 см², а также модули с 31,4 и 29,4 процента — технология больше не имеет размера почтовой марки.
Однако о ценах, гарантиях или выходе на рынок модулей, модифицированных ZrO2, ничего не говорится. Любой, кто планирует систему сейчас, будет продолжать планировать с использованием кремния.
