Исследователи из Австралии совершили прорыв в области перспективного материала для солнечных элементов, который может определить будущее фотоэлектрических технологий. Команда из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) установила новый рекорд производительности для солнечных элементов на основе сурьмяных халькогенидов, достигнув сертифицированной эффективности 10,7% – это самый высокий независимо подтвержденный результат в мире.
Преодоление барьера эффективности
Исследователи из UNSW считают тандемные солнечные элементы следующим крупным достижением в фотоэлектрических технологиях, обладающим потенциалом для значительного повышения эффективности будущих солнечных панелей. Тандемные конструкции объединяют два или более солнечных элемента, позволяя каждому слою поглощать разные части солнечного спектра и генерировать больше электроэнергии, чем традиционные однопереходные элементы.
Сурьмяные халькогениды становятся перспективным кандидатом для этой роли. Материал состоит из распространенных, недорогих элементов, избегая зависимости от дефицитных или дорогих ресурсов, используемых в некоторых высокопроизводительных солнечных технологиях. Его неорганическая природа также обеспечивает большую стабильность, снижая риск долгосрочной деградации.
Несмотря на перспективные свойства, прогресс в солнечных элементах на основе сурьмяных халькогенидов застопорился на несколько лет, причем эффективность не превышала 10% с 2020 года. Исследователи теперь утверждают, что основным препятствием был способ формирования материала во время производства. Два ключевых элемента, сера и селен, не распределялись равномерно при осаждении светопоглощающего слоя, что ограничивало производительность.
Следующий солнечный прорыв
Прорыв произошел с введением небольшого количества сульфида натрия во время изготовления. Это добавление стабилизировало химические реакции, участвующие в формировании поглощающего слоя, что привело к более равномерному распределению серы и селена. С уменьшением внутреннего барьера электрические заряды могли свободнее перемещаться через материал, значительно улучшая производительность.
Используя этот подход, улучшенные солнечные элементы достигли эффективности 11,02% в лабораторных испытаниях, с независимо сертифицированным результатом 10,7%. Хотя дальнейшая работа необходима для уменьшения дефектов в материале, исследователи говорят, что их, вероятно, можно устранить с помощью установленных методов химической пассивации.
Помимо тандемных солнечных панелей, сурьмяные халькогениды открывают путь к целому ряду новых применений. Их ультратонкая и полупрозрачная природа делает их подходящими для прозрачных солнечных окон и солнечных пленок, устанавливаемых на окна. Материал также хорошо работает при внутреннем освещении, что делает его привлекательным для маломощной электроники, такой как умные бейджи, датчики, электронные дисплеи и подключенные устройства, где важны стабильность и производительность при слабом освещении.
«В ближайшие несколько лет мы продолжим работать над уменьшением дефектов в этом материале с помощью процесса пассивации. Мы считаем, что достижимой целью является повышение эффективности до 12% в ближайшем будущем путем решения оставшихся проблем, шаг за шагом», – сказал доктор Чэнь Цянь, научный сотрудник в области фотоэлектрической и возобновляемой энергетики в UNSW.