Дослідницька група вперше продемонструвала підтверджену концепцію тандемної сонячної батареї, яка використовує селенід сурми як матеріал нижньої клітини та широкозонний органіко-неорганічний гібридний перовскітний матеріал як матеріал верхньої клітини. Пристрій досяг ККД перетворення потужності понад 20 відсотків. Це дослідження показує, що селенід сурми має великий потенціал для застосування в нижніх клітинах. Дослідження нещодавно було опубліковано в журналі Energy Materials and Devices.
Фотоелектрична технологія, яка використовує сонячне світло та перетворює його на електрику, популярна, оскільки забезпечує чисте відновлюване джерело енергії. Вчені продовжують працювати над підвищенням ефективності перетворення електроенергії або показника ефективності сонячних елементів. Вони досягли ефективності перетворення електроенергії понад 20 відсотків у звичайних одноперехідних сонячних елементах. Щоб досягти енергоефективності вище межі Шоклі-Квіссера в одноперехідних сонячних елементах, знадобляться набагато більші витрати. Однак обмеження Шоклі-Квіссера для одноперехідних сонячних елементів можна подолати шляхом виготовлення тандемних сонячних елементів. Завдяки тандемним сонячним батареям дослідники можуть досягти вищої енергоефективності, укладаючи матеріали сонячних елементів один на одного.
Розробка тандемних сонячних батарей із селеніду сурми
Дослідницька група працювала над створенням тандемних сонячних елементів, використовуючи напівпровідник під назвою селенід сурми. Попередні дослідження селеніду сурми були зосереджені в основному на застосуванні в одноперехідних сонячних елементах. Проте дослідницька група знала, що з точки зору забороненої зони цей напівпровідник може виявитися відповідним матеріалом нижньої комірки для тандемних сонячних елементів.
«Селенід сурми є придатним матеріалом нижньої осередку для тандемних сонячних елементів. Однак через рідкість зареєстрованих тандемних сонячних елементів, які використовують його як нижню комірку, мало уваги приділяється його застосуванню. Ми зібрали тандемну сонячну батарею з високою ефективністю перетворення, використовуючи її як нижню комірку, щоб продемонструвати потенціал цього матеріалу», — сказав Тао Чен, професор матеріалознавства та інженерії в Університеті науки і технологій Китаю. Тандемні сонячні батареї краще поглинають сонячне світло, ніж одноконтактні сонячні батареї, які використовують один шар напівпровідникового матеріалу. Тандемні сонячні батареї перетворюють більшу частину сонячного світла в електрику, тому вони більш енергоефективні, ніж одноперехідні сонячні батареї.
Удосконалення конструкції сонячних батарей
Команда виготовила тандемні сонячні елементи перовскіт/селенід сурми, які мають прозорий провідний електрод для оптимізованого спектрального відгуку. Вони змогли відрегулювати товщину прозорого електродного шару верхньої комірки, щоб отримати високу ефективність понад 17 відсотків. Вони оптимізували нижню комірку з селенідом сурми, ввівши подвійний шар транспортування електронів і досягнувши ефективності перетворення потужності 7,58 відсотка.
Коли вони механічно зібрали верхній і нижній елемент для створення тандемної сонячної батареї з чотирма контактами, ефективність перетворення електроенергії перевищила 20,58 відсотка, що вище, ніж у незалежних субелементів. Їх тандемна сонячна батарея демонструє чудову стабільність з нетоксичними елементами композиції. «Ця робота забезпечує нову структуру тандемного пристрою та демонструє, що селенід сурми є багатообіцяючим поглинаючим матеріалом для застосування в нижніх елементах у тандемних сонячних елементах», — сказав Чен.
Заглядаючи вперед, команда сподівається працювати над більш інтегрованою двополюсною тандемною сонячною батареєю та ще більше покращити продуктивність пристрою. «Висока стабільність селеніду сурми забезпечує велику зручність для підготовки двополюсних тандемних сонячних елементів, що означає, що вони можуть мати хороші результати в поєднанні з багатьма різними типами топових матеріалів для елементів».