673886040@qq.com
Новый мировой рекорд: тандемные солнечные элементы нового поколения с КПД почти 30%
Современные солнечные модули в основном изготавливаются из кремния, и возможности дальнейшего повышения эффективности уже широко используются. Но с 2008 года класс материалов «перовскиты на основе галогенидов металлов» переместился в центр исследований: эти полупроводниковые соединения очень хорошо преобразуют солнечный свет в электрическую энергию и по-прежнему предлагают много возможностей для улучшения. В частности, их можно комбинировать с кремниевыми солнечными элементами в тандемные солнечные элементы, которые гораздо более эффективно используют солнечный свет.Гонка за рекордами
В HZB с 2015 года несколько групп интенсивно работали как над перовскитными полупроводниками, так и над кремниевыми технологиями, а также над их объединением в инновационные тандемные солнечные элементы. В январе 2020 года компания HZB достигла рекордных 29,15% для перовскитно-кремниевых тандемных солнечных элементов и опубликовала эту работу в журнале Science. Затем, перед Рождеством 2020 года, компания Oxford PV смогла объявить сертифицированную эффективность 29,52%. С тех пор продолжается захватывающая гонка за новыми рекордами. «Эффективность 30% - это психологический порог для этой захватывающей новой технологии, которая может произвести революцию в фотоэлектрической промышленности в ближайшем будущем», - объясняет Стив Альбрехт, который работает над тонкими перовскитными пленками в лаборатории HySPRINT в HZB. Бернд Станновски, руководитель группы по кремниевым технологиям, добавляет: «Я хотел бы особо отметить хорошее сотрудничество между различными группами и институтами в HZB. Так нам удалось полностью разработать эти новые тандемные солнечные элементы на HZB и снова установить мировой рекорд ».
Официальная сертификация
Недавние исследования и разработки были сосредоточены на улучшении оптики нижней ячейки кремниевого гетероперехода. Добавлены нанотекстурированная лицевая сторона и диэлектрический задний отражатель. Теперь пришло официальное подтверждение от Fraunhofer ISE CalLab: «Наши новые тандемные солнечные элементы из перовскитного кремния были независимо сертифицированы с мировым рекордом эффективности 29,80%», - говорит Кристиана Беккер, эксперт по наноструктурам в солнечных элементах и их влиянию на оптику. и электрические свойства.
Нанотекстурированный кремний
В рамках новой работы доктор Филипп Токхорн (группа Альбрехта) и докторант Йоханнес Саттер (группа Беккера) исследовали, как наноструктуры на разных интерфейсах влияют на производительность тандемного солнечного элемента, состоящего из перовскитного солнечного элемента поверх кремниевого солнечного элемента. . Во-первых, они использовали компьютерное моделирование для расчета плотности фототока в перовскитных и кремниевых субэлементах для различных геометрических форм с наноструктурами и без них. Затем они произвели тандемные солнечные элементы из перовскитного кремния с разной текстурой: «Даже нанотекстурирование с одной стороны улучшает поглощение света и обеспечивает более высокий фототок по сравнению с плоским эталоном», - говорит Саттер. А его коллега Токхорн добавляет: «Примечательно, что наноструктуры также приводят к небольшому улучшению электронного качества тандемного солнечного элемента и лучшему пленкообразованию в слоях перовскита».
Диэлектрический отражатель
Также были усовершенствованы задняя сторона тандемного солнечного элемента, который предназначен для отражения инфракрасного света обратно в кремниевый поглотитель. «Используя диэлектрический отражатель, мы смогли более эффективно использовать эту часть солнечного света, что привело к увеличению фототока», - говорит доктор Александрос Круз Бурназу (группа Станновски).
Перспектива яркая
Результаты открывают путь к дальнейшим улучшениям. Моделирование предполагает, что производительность может быть увеличена еще больше за счет наноструктурирования слоев поглотителя с обеих сторон. Исследователи убеждены, что в ближайшее время может быть достигнута эффективность более 30%. Гонка продолжается.
