Тандемный солнечный элемент на основе перовскита и кремния с использованием наносфер диоксида кремния достигает эффективности 33,15 %
Батарея Challenger EVG12-75
Исследователи из Китая усовершенствовали технологию создания интерфейсов в перовскитно-кремниевых солнечных элементах, используя текстурированный в промышленных условиях кремний. В результате получилось высокоэффективное тандемное устройство, которое также продемонстрировало удивительную стабильность.
Группа учёных из Чжэцзянского университета в Китае разработала тандемную солнечную батарею на основе перовскита и кремния, в которой используются текстурированные кремниевые подложки для улучшения взаимодействия между верхним перовскитным устройством и нижним кремниевым элементом.
В предлагаемой архитектуре используются субмикронные контакты на основе наносфер диоксида кремния (SiOX) для управления кремниевыми подложками, на верхней части которых расположены пирамиды, напоминающие айсберги. Это представляет собой проблему для коммерческого производства в рамках стандартных процессов фотоэлектрического производства.
«Кремний с промышленной текстурой (Industrial Textured Silicon, ITS) с пирамидами микронного размера представляет собой более привлекательное и экономичное решение, — отмечают исследователи. — Эти подложки можно производить непосредственно в рамках существующих процессов изготовления кремниевых элементов, что обеспечивает масштабируемость и совместимость с устоявшимися промышленными практиками. Кроме того, промышленная текстура поверхности улучшает улавливание света, потенциально повышая эффективность тандемных солнечных элементов».
Наносферы SiOX использовались для заполнения впадин кремниевых пирамид, что, как сообщается, улучшает покрытие самоорганизующихся монослоёв (СОМ) ячейки и обеспечивает «более эффективное» осаждение перовскита. В предыдущих исследованиях для этой цели использовались наночастицы оксида алюминия (Al₂O₃) или полиметилметакрилата (ПММА). Утверждается, что по сравнению с этими двумя соединениями SiOX способен оседать в углублениях текстурированной кремниевой поверхности в процессе нанесения покрытия методом центрифугирования.
Затем на кремниевые подложки было нанесено самоорганизующееся покрытие из фосфоновой кислоты, известной как 2PACz.
Верхняя перовскитная ячейка была изготовлена из подложки, изготовленной из оксида индия-олова (ITO) и предлагаемого SAM, поглотителя из перовскита, буферного слоя из оксида олова (IV) (SnO2), слоя переноса электронов, изготовленного из бакминстерфуллерена (C60), прозрачного заднего контакта, изготовленного из оксида индия-цинка (IZO), и металлического контакта из серебра (Ag).
При тестировании в стандартных условиях освещения тандемная ячейка площадью 1 см2 показала эффективность преобразования энергии 33,15 %, что, по словам учёных, является самым высоким показателем эффективности, зафиксированным на сегодняшний день для монолитных тандемных солнечных элементов на основе перовскита и кремния с использованием ITS.
«Примечательно, что мы обнаружили, что заглублённый интерфейс перовскитов в нижней части долин пирамид был усилен в тандемах, что обеспечило им более высокую стабильность по сравнению с тандемами с субмикронным текстурированным кремнием (STS)», — подчеркнули учёные, отметив, что ячейка сохранила 91,7 % своей первоначальной эффективности после 1000 часов работы, в то время как тандем с STS сохранил только 78,4 %.
Конфигурация устройства была представлена в исследовании «Пирамиды, напоминающие айсберги, в промышленно текстурированном кремнии позволили создать тандемные солнечные элементы на основе перовскита и кремния с эффективностью 33%», опубликованном в nature communications.