Более быстрый способ изготовления солнечных элементов High-Efficiency

Вакуумный процесс может ускорить и удешевить производство солнечных элементов while, обеспечивая эффективность поверхностей, используемых в коммерческих панелях.

Исследователи из Технологического института Карлсруэ и Университета Валенсии разработали вакуумный метод производства тандемных солнечных элементов из перовскита и кремния, устраняя препятствия на пути масштабирования технологии для промышленного производства. Процесс, основанный на сублимации в ближнем пространстве (CSS), наносит слои перовскита на различные текстуры поверхности кремния без использования растворителей, while сохраняя эффективность устройства.

Тандемные элементы перовскит-кремний считаются преемником кремниевых фотоэлектрических элементов, поскольку они сочетают в себе два полупроводника, которые поглощают разные части солнечного спектра. Верхняя ячейка из перовскита улавливает коротковолновый свет высокой энергии, while нижняя кремниевая ячейка поглощает более длинные волны. Такое расположение позволяет тандемным устройствам преобразовывать больше солнечного света в электричество, чем отдельные кремниевые элементы.

Проблема заключалась в производстве. Быстро и последовательно создавать тонкие пленки перовскита на больших площадях по-прежнему сложно, особенно на текстурированных кремниевых поверхностях, используемых в коммерческих фотоэлектрических устройствах для улучшения поглощения света.

Исследователи использовали CSS — метод вакуумного осаждения, при котором материалы-прекурсоры испаряются и проходят несколько миллиметров, прежде чем вступить в реакцию на поверхности кремния с образованием слоя перовскита. В отличие от подходов, основанных на растворах, этот процесс не требует растворителей и использует небольшое количество исходного материала, который также можно использовать повторно.

Вторым направлением исследования была настройка ширины запрещенной зоны перовскитного слоя. В тандемных элементах верхний слой должен поглощать часть солнечного спектра while, позволяя остальной части проходить к кремниевому элементу ниже. Бром добавляется для расширения запрещенной зоны, но исследователи обнаружили, что бром, введенный через неорганические слои-предшественники, не удерживается во время образования перовскита.

Чтобы решить эту проблему, команда использовала смешанный источник органических прекурсоров, содержащий йодид метиламмония и бромид метиламмония. Затем исследователи протестировали процесс осаждения на гладких, нано- и микротекстурированных кремниевых подложках. Текстурированные поверхности важны для коммерческих солнечных элементов, поскольку они увеличивают оптический путь падающего света, улучшая поглощение и эффективность.

В результате этого процесса были получены сопоставимые пленки перовскита на всех трех типах поверхности без необходимости изменения условий осаждения. Микроскопия и рентгеновский анализ показали покрытие на каждой подложке.

КПД тандемных ячеек достиг 23,5 % на гладком кремнии, 23,7 % на наноструктурированном кремнии и 24,3 % на микроструктурированном кремнии.