Новый процесс может помочь снизить производственные затраты.
Исследователи из Германии и Испании разработали быстрый процесс вакуумного напыления, позволяющий производить тандемные солнечные элементы на основе перовскита и кремния с КПД до 24,3% всего за 10 минут.
Метод, не требующий использования растворителей, был разработан учеными из Технологического института Карлсруэ и Университета Валенсии. Он позволяет быстро и с высокой производительностью осаждать однородные слои перовскита, даже на текстурированных кремниевых поверхностях, обычно используемых в современных солнечных элементах.
Профессор КИТ Ульрих Паетцольд, доктор философии, заявил, что промышленное производство зависит не только от достижения высокой эффективности, но и от того, насколько быстр, надежен и масштабируем производственный процесс.
«Нам удалось продемонстрировать, что исключительно быстрый вакуумный процесс не только позволяет получать однородные слои, но и обеспечивает создание эффективных перовскитно-кремниевых солнечных элементов», — пояснил он.
Новая солнечная технология
В тандемных солнечных элементах на основе перовскита и кремния верхний слой из перовскита располагается над нижним слоем из традиционного кремния. Поскольку два слоя поглощают разные части солнечного света, они могут улавливать большую часть солнечного спектра. Следовательно, они могут генерировать больше электроэнергии, чем традиционные солнечные панели, состоящие только из кремния.
Однако получение перовскитного слоя, активного компонента, поглощающего свет в этих солнечных элементах, остается серьезной проблемой. Промышленное производство требует быстрого и равномерного формирования слоя на больших площадях.
Для решения этой задачи объединенная исследовательская группа использовала метод, называемый сублимацией в замкнутом пространстве (CSS). Это быстрый вакуумный процесс, при котором исходные материалы испаряются и перемещаются всего на несколько миллиметров, прежде чем осаждаться на поверхность кремниевой ячейки. Затем материалы вступают в реакцию, образуя перовскитный слой.
София Чозас-Барриентос, аспирантка Валенсийского университета и соавтор исследования, сообщила, что команда использовала CSS для быстрого нанесения органических прекурсорных материалов на кремний без использования растворителей.
Этот процесс потребляет относительно мало исходного материала и позволяет повторно использовать исходные материалы, что делает его привлекательным для промышленного производства. «В эксперименте преобразование завершилось через 10 минут, что является важным достижением для процесса, основанного на вакууме», — добавил Чозас-Барриентос.
Солнечные батареи за считанные минуты
Для исследования команда тщательно подобрала материал солнечной батареи, чтобы он поглощал необходимую долю солнечного света. Сообщается, что они регулировали количество брома в перовскитном слое с помощью смешанного органического источника, состоящего из йодида метиламмония и бромида метиламмония.
Александр Диркс, доктор философии, научный сотрудник KIT, который провел шесть месяцев в Университете Валенсии в рамках проекта Nexus программы Horizon Europe, подчеркнул важность этого достижения. «Регулируя соотношение этих двух компонентов, мы смогли контролировать содержание брома в конечном материале и достичь ширины запрещенной зоны в 1,64 электронвольта», — пояснил Диркс.
Процесс оказался эффективным для нескольких вариантов кремниевой поверхности высокопроизводительных солнечных элементов. Ученые протестировали процесс CSS на кремниевых субэлементах с гладкой, наноструктурированной и микроструктурированной поверхностью, не изменяя производственные параметры.
Сканирующая электронная микроскопия и рентгеновский анализ показали равномерное покрытие. Созданные с помощью этого подхода тандемные солнечные элементы достигли эффективности 23,5% на гладкой, 23,7% на наноструктурированной и 24,3% на микроструктурированной кремниевой поверхности.
«Это чрезвычайно важно для масштабирования», — заключил в пресс-релизе Хенк Болинк, доктор философии, профессор Университета Валенсии. «Тот факт, что сублимация в замкнутом пространстве также позволяет получать однородные слои на текстурированных кремниевых ячейках, делает этот подход весьма актуальным для практического применения».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Energy.
Sourse: interestingengineering.com
