Команда дослідників під керівництвом професора Аніти Хо-Бейлі, кафедри нанонаук імені Джона Гука Сіднейського університету в Австралії, встановила новий рекорд сонячних технологій із створення найбільшої у світі потрійної{1}}перовскітної-перовскітної-кремнієвої тандемної сонячної батареї.
Їх 16-см2комірка з потрійним-переходом має ефективність перетворення електроенергії-в стабільному стані 23,3% (незалежно сертифіковано), що є найвищим показником для пристроїв такого типу-для великої площі. Її команда також створила 1-см2клітина з ККД 27,06%, що встановило нові стандарти термічної стабільності (див. відео).
Прагнення до підвищення ефективності зумовлене «більшим запасом ефективності перетворення електроенергії-, оскільки теоретична межа ефективності для потрійного з’єднання становить ~51%, тоді як для подвійного з’єднання – приблизно 45%», – каже Хо-Бейлі, який також працює в Інституті нуля мережі Сіднея. «Один перехід становить 33%, якщо ширина забороненої зони сонячної батареї не обмежена, але лише 30% для кремнію».
Багатоперехідні тандемні сонячні батареї передбачають об’єднання сонячних елементів із різною шириною забороненої зони-з найбільшою на стороні,-зверненій до сонця-, щоб дозволити кожній клітині ефективніше перетворювати ділянки сонячного спектру в електричну енергію та мінімізувати під-зазору та термілізаційні втрати.
«Наприклад, у комірці з двома-зонами, верхній широкозонний-перехід перетворює вищу енергію фотонів на електричну енергію й робить це ефективніше, ніж вузькозонний перехід-, що зменшує втрати на термалізацію», — пояснює Хо-Бейлі. «Фотон нижчої{5}}енергії проходить через верхній широкозонний-перехід і буде поглинатися вузькозонним нижнім переходом для перетворення електричної енергії. Якщо нижнього переходу не було, такі нижчі-енергетичні фотони призводять до під-втрат забороненої зони без поглинання».
Оптичні конструкції
Щоб проілюструвати задіяні оптичні конструкції, два верхніх перовскітних з’єднання електрично з’єднані між собою через наночастинки золота. «Ми використали оптичне моделювання, щоб змоделювати вплив покриття наночастинок на оптичні втрати, і електричне моделювання, щоб змоделювати омічний контакт, створений наночастинкою», — пояснює Хо-Бейлі. «Баланс досягається, коли присутня достатня кількість наночастинок для мінімальних оптичних втрат без шкоди для електричних характеристик».
Команда Хо-Бейлі також покращила стабільність і продуктивність перовскітного переходу з широкою забороненою зоною (1,91-еВ), «замінивши рубідій на менш стабільний метиламоній у перовскіті та замінивши піперазинію-дихлорид (PDCI) на менш стабільний фторид літію як поверхневий пасивуючий шар», — каже вона.
Наполегливість Хо-Бейлі у бажанні візуалізувати ультратонке золото справді окупилася. «Потрібна критична кількість золота, щоб кластери утворилися, щоб спочатку стати напівсуцільною плівкою», — каже вона. «Більше золота дозволить рости безперервну плівку. Нижче критичної кількості «кластеру» золото буде у формі наночастинок. Наші висновки цікаві тим, що плівки-безперервні чи несуцільні-не потрібні для з’єднання двох з’єднань. Наночастинок, хоча й ізольованих, достатньо для омічного контакту між з’єднаннями для вертикального транспортування носіїв-при мінімізації оптичних втрат».
Що цей рекорд ефективності означає для галузі? «Наша демонстрація дає змогу зрозуміти важливі властивості матеріалів для майбутнього підвищення ефективності», — каже Хо-Бейлі. «Аналіз втрат також дає рекомендації щодо майбутнього підвищення ефективності-як для малих-, так і для-пристроїв із великою-площею. Далі: 30% потрійний перехід, що наближається до 40%».
У роботі команди брали участь партнери з Китаю, Німеччини та Словенії та отримали підтримку Австралійського агентства з відновлюваних джерел енергії та Австралійської дослідницької ради.
