Революційне органічне покриття підвищує ефективність сонячних елементів

Нове покоління сонячних панелей може з’явитися з використанням спеціального покриття з органічних молекул на сонячних елементах. За словами дослідницької групи в журналі Angewandte Chemie , це покриття підвищує ефективність монолітних тандемних елементів, виготовлених із кремнію та перовскіту, а також знижує їх вартість, оскільки вони виготовляються з промислових мікроструктурованих стандартних кремнієвих пластин.

У сонячних елементах світло «вибиває» електрони з напівпровідника, залишаючи позитивно заряджені «дірки». Ці два носії заряду відокремлені один від одного і можуть бути зібрані як струм. Тандемні елементи були розроблені для кращого використання всього спектру сонячного світла та підвищення ефективності сонячних елементів.

Тандемні елементи складаються з двох різних напівпровідників , які поглинають різні довжини хвилі світла. Основними претендентами на використання в цій технології є поєднання кремнію, який поглинає переважно червоне та ближнє інфрачервоне світло, і перовскіту, який дуже ефективно використовує видиме світло. Монолітні тандемні комірки виготовляються шляхом покриття основи двома типами напівпровідників, один поверх іншого. Для системи перовскіт/кремній це зазвичай досягається за допомогою кремнієвих пластин, які виготовляються в процесі зонного плавлення та мають поліровану або наноструктуровану поверхню. Однак вони дуже дорогі.

Кремнієві пластини, виготовлені за методом Чохральського, з елементами пірамідальної форми мікрометрів на поверхні значно дешевші. Ці мікротекстури сприяють кращому захопленню світла, оскільки вони менше відбивають, ніж гладка поверхня. Однак процес покриття цих пластин перовскітом призводить до багатьох дефектів у кристалічній решітці, які впливають на електронні властивості. Перенесення вивільнених електронів ускладнюється, і рекомбінація електронів і дірок все частіше відбувається через процеси, які не випромінюють світло. Знижується як ефективність, так і стабільність шару перовскіту.

Прорив у пасивації поверхонь

На чолі з професором Кай Яо китайська команда з Університету Наньчан, Suzhou Maxwell Technologies, Інституту досліджень трубних виробів CNPC (Шаньсі), Політехнічного університету Гонконгу, Уханьського технологічного університету та Університету Фудань (Шанхай) розробила стратегія пасивації поверхні, яка дозволяє згладити поверхневі дефекти шару перовскіту. Сполука тіофенетиламмонію з трифторметильною групою (CF3-TEA) наноситься за допомогою процесу динамічного напилення. Це утворює дуже рівномірний шар — навіть на поверхнях з мікротекстурою.

Завдяки високій полярності та енергії зв’язку покриття CF3-TEA дуже ефективно послаблює вплив поверхневих дефектів. Безвипромінювальна рекомбінація пригнічується, а електронні рівні регулюються таким чином, щоб електрони на межі розділу могли легше переноситися до шару, що захоплює електрони, сонячного елемента. Модифікація поверхні за допомогою CF3-TEA дозволяє перовскітно-кремнієвим тандемним сонячним елементам на основі звичайних текстурованих пластин із кремнію Чохральського досягати дуже високої ефективності майже 31% і підтримувати довготривалу стабільність.