Технология перовскит кремниевых солнечных батарей

Технология перовскит кремниевых солнечных батарей

Существующие фотогальванические технологии обеспечили рынок кремниевых солнечных элементов на 90% загрузки. Что касается стоимости, надёжности работы и эффективности – эти качества вне конкуренции. Однако после десятка лет активных исследований и вложенных инвестиций, кремниевые солнечные элементы достигли предела теоретической эффективности. В результате актуальными становятся новые концепции – перовскит кремниевые солнечные батареи, необходимые для достижения долгосрочного снижения цен на солнечную энергетику. Нельзя сбрасывать со счетов и материальное обеспечение, способствующее широкому распространению фотоэлектрических технологий.

Решение научного толка

Одним из возможных решений специалисты видят размещение двух разных типов солнечных элементов друг над другом. По мнению учёных, так удастся оптимизировать преобразование световых лучей в электрическую энергию.

Ячейки с двойным соединением широко исследуются в научном сообществе, но производство таких конструкций является дорогостоящим.

В настоящее время исследовательские группы Лаборатории фото-гальваники EPFL и PV-центра CSEM — разрабатывают экономически конкурентоспособное решение.

Специалисты интегрировали перовскит ячейку непосредственно поверх стандартной кремниевой ячейки и таким способом смогли достичь рекордной эффективности — 25,2%.

Этот метод производства видится многообещающим, поскольку добавляет лишь несколько шагов к текущему процессу производства кремниевых ячеек. К тому же стоимость ограничивается разумными цифрами.

Уникальные свойства перовскита (титанат кальция) последние несколько лет активно привлекают научные круги к широкому исследованию в плане применения к солнечным батареям.

Перовскит позволяет достичь высокой эффективности конверсии при потенциально ограниченной себестоимости продукции. В тандемных конструкциях солнечных батарей перовскит удачно дополняет кремний.

Вещество более эффективно преобразует синий и зеленый спектр света, а кремний хорошо подходит для преобразования красного и инфракрасного световых диапазонов.

Объединив оба материала, можно максимально использовать солнечный спектр и увеличить количество генерируемой энергии.

Результаты экспериментов и расчётов

Расчеты и проведённые экспериментальные работы показывают 30-процентную эффективность, которая может быть достигнута в современных конструкциях тандемных солнечных панелей.

Однако создание эффективной тандемной структуры путем наложения двух материалов — непростая задача. На этот счёт участники проекта заявляют следующее:

Поверхность кремния состоит из серии пирамид размером около 5 микрон. Эти пирамиды задерживают свет и препятствуют его отражению. Однако поверхностная текстура затрудняет осаждение однородной пленки перовскита.

Когда перовскит осаждается в жидкой форме, минерал обычно накапливается в промежутках оснований пирамид, оставляя открытыми пики. Такое построение попросту приводит к короткому замыканию.

До сих пор стандартным подходом создания перовскит кремниевой тандемной ячейки было выравнивание пирамид, что уменьшало оптические свойства. Следовательно, снижалась производительность системы в целом.

Доработка существующих технологий

Новый тип тандемных ячеек является высокоэффективным и напрямую совместимым с монокристаллическими кремниевыми технологиями.

Специалисты предлагают использовать оборудование, которое уже используется, попросту добавив несколько конкретных этапов.

Производителям не придётся внедрять новую технологию изготовления солнечных батарей. Достаточно обновить производственные линии, уже задействованные для производства кремниевых ячеек.

Сейчас продолжаются исследования с целью повышения эффективности, надёжности, долговечности перовскит плёнки. Несмотря на то, что учёным удалось сделать существенный прорыв, ещё предстоит проделать массу работы, прежде чем технология станет доступной на коммерческой основе.


На основе материалов: EPFL