Немецкие учёные разработали гибкий солнечный элемент с рекордным КПД — более 24,9 %

Учёные из немецкого Технологического института Карлсруэ представили гибкий солнечный элемент тандемного типа с рекордным значением КПД для изделий данного типа — 24,9 %. Подобные элементы идеальны для установки на носимую электронику и любые искривлённые поверхности. В основе новых фотоэлементов лежит перспективный материал перовскит, что обещает сделать производство тандемных солнечных ячеек не таким дорогим, как кремниевых.

Источник изображения: Marco A. Ruiz-Preciado, KIT

К настоящему времени тандемные перовскитные фотоэлементы достигли рекордных значений эффективности — более 29 %, тогда как чисто кремниевые ячейки показывают максимальный КПД 26,7 %, а чисто перовскитные — 27,5 %. Тандемное расположение светочувствительных слоёв позволяет каждому из них работать со своими длинами волн. Добиться этого непросто, поскольку материалы должны точно подбираться по ширине запрещённой зоны и с точки зрения минимизации внутренних потерь.

C созданием тонкоплёночных структур всё ещё сложнее, но немецкие учёные смогли подобрать такую комбинацию материалов, которая была бы близка к идеалу — к теоретическим пределам возможностей материалов. В частности, вторым слоем для гибких перовскитных фотоячеек предложен диселенид меди и индия (CuInSe₂) и диселенид меди, индийя и галлия (CuInGaSe₂). Уменьшение количества галлия приводит к тому, что ширина запрещённой зоны составляет примерно один электронвольт (эВ), что очень близко к идеальному значению 0,96 эВ для нижнего солнечного элемента в тандеме.

Предложенная комбинация материалов легка и универсальна, что позволяет представить себе использование этих тандемных солнечных батарей в транспортных средствах, портативном оборудовании и устройствах, которые можно сложить или свернуть. Исследователи представили свои результаты в журнале ACS Energy Letters.