Корейские исследователи создали солнечный элемент из моносульфида олова с эффективностью 4,81 %
Аккумулятор FIAMM FG 11201
Полученный результат по эффективности является одним из лучших показателей, когда-либо достигнутых для тонкоплёночных солнечных элементов такого типа. Устройство было изготовлено с использованием интерфейса с задним контактом, который, как сообщается, улучшает перенос заряда.
Исследователи из Чоннамского национального университета в Южной Корее нанесли слой оксида германия методом обработки в паровой фазе на заднюю контактную поверхность тонкоплёночных селенида олова (SnS) солнечных элементов, чтобы повысить эффективность преобразования энергии в солнечных элементах до 4,81 % по сравнению с 3,7 % у стандартных элементов.
Несмотря на то, что моносульфид олова (SnS) известен как дешёвый и распространённый материал с многообещающими характеристиками для использования в солнечных батареях, работать с ним непросто. Исследователям до сих пор не удавалось добиться эффективности преобразования более 5 % с использованием этого материала, а интерес исследовательского сообщества к нему отстаёт от интереса к кестеритовым, или медно-цинково-оловянным, солнечным батареям.
Команда изготовила ячейку, нанеся 7-нанометровый слой оксида германия (GeOx) между молибденовым обратным контактом и слоем поглотителя SnS. Этот процесс включал в себя разработку интерфейса, пассивацию дефектов и оптимизацию контактов, «чтобы превратить достижения в области материалов в стабильные, высокопроизводительные устройства, подходящие для масштабируемых фотоэлектрических систем», как выразился автор исследования Джеён Хо.
«Наша команда в Южной Корее уже много лет активно работает над тонкоплёночными солнечными элементами, уделяя особое внимание распространённым на Земле и экологически безопасным поглощающим материалам, таким как кестерит, SnS и родственные халькогениды», — рассказал Хо.
Группа выбрала SnS не только из-за его распространённости и нетоксичности, но и потому, что у него «почти идеальная ширина запрещённой зоны» ~1,3 эВ и «сильное оптическое поглощение» ~104 см-1, по словам Хо, который также подчеркнул, что тонкоплёночные устройства на основе SnS «исторически уступали в производительности из-за потерь на границе раздела и рекомбинации, связанной с дефектами, а не из-за внутренних ограничений материала».
Структура экспериментального устройства была следующей: натриево-известковое стекло, молибденовый контактный слой, GeOx, поглотитель SnS, буферный слой из сульфида кадмия (CdS), собственный оксид цинка (i-ZnO), оконный слой из оксида цинка, легированного алюминием (AZO), металлический контакт из алюминия.
В ходе тестирования исследователи отметили, что процесс осаждения с переносом пара позволяет пассивировать дефекты глубокого уровня и подавлять диффузию натрия в подложке, что приводит к образованию «более крупных и однородных зёрен», улучшению переноса заряда и снижению электрических потерь, что обеспечивает «значительное» повышение эффективности преобразования энергии, «достигая коэффициента полезного действия в 4,81 %, что является одним из самых высоких показателей для тонкоплёночных солнечных элементов на основе SnS», отметили исследователи.
Как подробно описано в исследовании «Пассивация заднего интерфейса с использованием контролируемого промежуточного слоя из оксида германия (GeOₓ)», опубликованном в Small, последующие испытания на стабильность устройства проводились через три месяца после изготовления. Устройство без герметизации сохранило более 96 % своей первоначальной эффективности, продемонстрировав «превосходную долговременную стабильность».
В более ранних исследованиях другие проблемы с производительностью решались с помощью целенаправленной обработки интерфейсов и поверхностей. Например, в прошлом году группа исследователей сообщила в Journal of Materials Chemistry A о методе «предварительного обжига» с использованием серы, который позволил прояснить «важную роль контроля стехиометрии серы» в улучшении качества плёнок и фотоэлектрических характеристик.
«Заглядывая в будущее, наша команда планирует интегрировать эти отдельные достижения в унифицированные архитектуры устройств, объединив оптимизированные технологии производства источников, обработки поверхности и пассивации контактов на единой платформе», — заявил Хо. Темы исследований включают разработку физических моделей, технологий осаждения, а также изучение тандемных устройств на основе SnS, квантовых точек или гибридных устройств.
«В конечном счёте наша цель — сделать SnS конкурентоспособной, доступной и экологичной тонкоплёночной технологией, которая отличается высокой эффективностью и долгосрочной стабильностью, что делает её пригодной для практического применения», — сказал Хо.