Учёные из Городского университета Токио разработали новую гибкую тандемную солнечную батарею с рекордным показателем эффективности преобразования энергии — 26,5%. Устройство сочетает в себе полупрозрачный перевёрнутый перовскитный элемент и гибкую тонкоплёночную кремниевую гетеропереходную (HJT) подложку. По словам исследователей, это самый высокий показатель среди всех известных гибких перовскитно-кремниевых тандемных солнечных элементов.
«Перовскитно-кремниевые тандемные солнечные батареи демонстрируют впечатляющие характеристики, но обычно страдают от недостаточной гибкости», — отмечают авторы работы. Чтобы решить эту проблему, команда создала перовскитные элементы на основе изгибаемого тонкокристаллического кремния.
При испытаниях под стандартными условиями освещения элемент также показал открытое напряжение 1,83 В, плотность тока короткого замыкания 17,9 мА/см² и коэффициент заполнения 81%. Ожидается, что новая разработка найдёт применение в интеграции солнечных панелей в здания (BIPV) и в других областях, где важны лёгкость и гибкость.
Как обеспечили гибкость устройства
Для придания кремниевой подложке гибкости исследователи применили травление в растворе гидроксида калия (KOH), что позволило значительно уменьшить толщину кремниевой пластины. Эффективность самой HJT-подложки составила 21,1%. При этом тыльная сторона пластины подвергалась текстурированию, а лицевая — микротекстурированию и закруглению краёв. Для защиты поверхностей на обе стороны нанесли плёнку нитрида кремния (SiNx) методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), после чего пластины нарезали на квадраты размером 5 см для последующей сборки.
В верхней части тандемной структуры используется самособирающийся монослой MeO-2PACz на подложке из стекла с покрытием из оксида индия и олова (ITO). Поглотитель перовскита имеет ширину запрещённой зоны 1,68 эВ. Также в конструкции применяются слои из фуллерена (C60) и оксида олова (SnO₂), дополнительное покрытие ITO, антибликовый слой из фторида магния (MgF₂) и контакт из серебра (Ag).
По словам ведущего автора исследования Рёсуке Исикавы, истончение кремния играет ключевую роль в создании стабильных и гибких HJT-элементов, что особенно важно для лёгких солнечных решений, таких как BIPV.
Планы на будущее
В дальнейшем команда намерена сосредоточить усилия на повышении эффективности устройства за счёт улучшения согласования токов между верхним и нижним элементами. Учёные планируют использовать двусторонний гетеропереход в нижнем элементе и усовершенствовать структуру обратного отражения.
Кроме того, исследователи планируют провести дополнительные испытания на долговечность и гибкость новой тандемной панели, что позволит продвинуть развитие высокоэффективных и универсальных солнечных технологий.
Ранее учёные из Института технологий и материаловедения Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук разработали новый способ склеивания слоёв тандемных солнечных элементов, что позволило достичь эффективности преобразования энергии на уровне 24,6%.
Исследование опубликовано в журнале Solar RLL.
