Учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и Швейцарского центра электроники и микротехники (CSEM) установили новый мировой рекорд. Они разработали трёхслойную солнечную батарею с подтверждённой эффективностью 30,02%. Это не просто лабораторный успех — предыдущий рекорд составлял 27,1%, а новая конструкция специально ориентирована на реальное производство и доступные материалы.
Большинство рекордных солнечных элементов остаются дорогими игрушками из экзотических материалов или работают только в идеальных лабораторных условиях. Здесь всё иначе: учёные объединили классическую кремниевую основу с двумя тонкими плёнками перовскита. Результат — высокая эффективность без космических ценников.
Как устроена новая батарея и почему она масштабируема
Керем Артук (Kerem Artuk), первый автор исследования, объясняет: «Мы показали, что при умном дизайне и правильной обработке можно приблизиться к характеристикам самых дорогих многослойных элементов III–V, которые используют в космосе. Те достигают 37% эффективности, но стоят в тысячу раз дороже обычных земных панелей за ватт. Наша технология открывает дверь для промышленно применимых высокоэффективных многослойных фотоэлементов».
Команда решила две главные проблемы трёхслойных конструкций: низкое напряжение в верхнем слое и слабый ток в среднем. Они ввели специальную молекулу, которая улучшает формирование кристаллов перовскита и поднимает напряжение верхнего слоя до 1,4 вольта под солнечным светом. Для среднего слоя применили новый трёхэтапный метод изготовления, усилив поглощение в ближнем инфракрасном диапазоне — там сосредоточена большая часть солнечной энергии. Кроме того, между слоями добавили наночастицы, которые отражают свет обратно в средний слой и повышают ток.
Кристоф Баллиф (Christophe Ballif), один из руководителей проекта, отмечает скорость прогресса: «В 2018 году наша первая демонстрация показала всего 13%. Достичь более 30% в трёхслойном элементе — это впечатляющее достижение». Он добавляет, что потенциал таких батарей даже выше 40% — значительно больше, чем у обычных односторонних или тандемных панелей.
Почему это важно для рынка
Высокая эффективность означает, что для получения той же мощности потребуется меньше панелей. Это выгодно и для крыш частных домов, и для крупных солнечных ферм. Кроме того, конструкция использует доступный кремний и перовскит — материалы, которые уже хорошо освоены промышленностью и стоят гораздо дешевле, чем космические III–V полупроводники.
Кристиан Вольф (Christian Wolff) подчёркивает: «Этот проект демонстрирует силу сочетания фундаментальной науки и швейцарского инженерного мастерства. Мы показали, что недорогие перовскитные материалы могут приближаться к характеристикам самых продвинутых космических фотоэлементов. Это новый ориентир для многослойной фотовольтаики».
Команда уже работает над долговечностью и масштабированием производства. Если эти задачи будут решены, рекорд быстро перейдёт из лаборатории на крыши и поля. Исследование опубликовано в журнале Nature.
