Разработаны солнечные элементы с эффективностью 30 %
Исследовательскую группу возглавили доктор наук Гэ Цзыи и доктор наук Лю Чан из Нинбоского института технологии и инженерии материалов (NIMTE) при Китайской академии наук (КАН). Команда добилась сертифицированной эффективности преобразования энергии в 30,3 % для жестких тандемных солнечных элементов на основе перовскита и 28 % для гибких версий.
Тандемные солнечные элементы на основе перовскита считаются одними из самых перспективных фотоэлектрических (ФЭ) технологий, поскольку они могут улавливать солнечный свет эффективнее, чем обычные однопереходные солнечные элементы. Кроме того, их можно производить с помощью низкотемпературной обработки растворов, что потенциально снижает производственные затраты.
Однако асинхронная кристаллизация остается одной из самых серьезных проблем при производстве многокомпонентных перовскитных пленок. В процессе производства разные части пленки часто кристаллизуются с разной скоростью, что приводит к структурным дефектам и несоответствиям в составе, снижающим эффективность и долгосрочную стабильность.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала стратегию аддитивного проектирования на основе теории взаимодействия кислот и щелочей (hard-soft acid-base, HSAB), которая описывает взаимодействие кислот и щелочей. Они добавили тщательно отобранные добавки в слои перовскита с широкой и узкой запрещенной зоной, чтобы синхронизировать зарождение и рост кристаллов.
Это не только устранило неравномерное вертикальное распределение фаз, но и повысило однородность пленки по всей площади устройств. Команда использовала добавки в виде дифтор(оксалато)бората (DFOB⁻) для перовскитов с широкой запрещенной зоной и тетрафторбората (BF4⁻) для слоев с узкой запрещенной зоной.
Структурный и оптический анализ показал, что этот метод способствует однородному росту кристаллов и предотвращает перераспределение галогенидов. Обычно это приводит к образованию дефектов и накоплению напряжений внутри солнечных элементов.
Улучшения также повысили общую производительность тандемных устройств. Эффективность перовскитных солнечных элементов с широкой запрещенной зоной увеличилась с 18,5 до 20,1 процента, а устройств с узкой запрещенной зоной — с 21,6 до 23,3 процента.
Более того, при интеграции в монолитные двухполюсники тандемные структуры оптимизированное жесткое тандемное устройство достигло пиковой эффективности в 30,3 % при напряжении холостого хода 2,16 вольта (В) и коэффициенте заполнения 85,2 %. Гибкие тандемные элементы также показали высокие результаты. Их эффективность составила 28,2 %, а сертифицированное значение — 28 %.
Кроме того, устройства отличались высокой стабильностью работы. Это самое серьезное препятствие на пути к коммерческому внедрению перовскитных солнечных элементов (ПЭС).
Оптимизированное жесткое устройство сохранило 92 % своей первоначальной эффективности после 1000 часов работы в режиме отслеживания точки максимальной мощности. В то же время гибкие тандемы сохранили 95,2 % своей первоначальной эффективности после 10 000 циклов сгибания.
Сообщение Разработаны солнечные элементы с эффективностью 30 % появились сначала на Время электроники.
