Китайская компания LONGi, один из ведущих производителей солнечных модулей, объявила о создании нового тандемного солнечного элемента на основе перовскита и кремния, который достиг впечатляющего коэффициента преобразования энергии — 34,58%. Это один из самых высоких показателей среди подобных устройств, а ключевым фактором стало использование нового материала, уменьшающего количество пассивирующих дефектов на интерфейсе слоев.
В центре технологического прорыва — асимметричный самособирающийся монослой (SAM) под названием HTL201, который выполняет роль селективного слоя для дырок. Благодаря низкому уровню паразитного поглощения и высокой скорости извлечения заряда, такие монослои используются в перовскитных солнечных элементах в качестве транспортных слоев.
Однако ранее ученым было сложно добиться равномерного распределения этих слоев на текстурированных кремниевых подложках. HTL201 решает эту проблему за счёт своей асимметричной молекулярной структуры, в отличие от большинства традиционных симметричных SAM на основе карбазола.
Преимущества конструкции HTL201
По заявлению LONGi, уникальная форма HTL201 обеспечивает более полное и равномерное покрытие текстурированной кремниевой поверхности. Кроме того, она способствует лучшей согласованности энергетических уровней на стыке перовскитного и кремниевого слоёв.
Также новый SAM-слой обеспечивает сильное взаимодействие с перовскитной пленкой, что снижает нерадиационную рекомбинацию — одну из главных причин потерь энергии в солнечных элементах.
При тестировании на стандартном освещении солнечная ячейка площадью 1 см² показала следующие параметры:
- Коэффициент преобразования энергии (КПД): 34,58%
- Открытое напряжение (Voc): 2,001 В
- Плотность тока короткого замыкания: 20,64 мА/см²
- Фактор заполнения: 83,79%
Исследователи также отметили, что увеличение значения квазиизлучательной расщеплённости уровня Ферми (QFLS) в перовскитном слое позволило достичь столь высокого напряжения, что стало критическим фактором достижения КПД свыше 34%.
Почти мировой рекорд
Верхняя часть тандемной ячейки состоит из перовскитного слоя с серебряным металлическим контактом и множеством дополнительных компонентов, таких как литиевый фторид, этилендиаммоний-дииодид (EDAI) и фуллерен C60.
Нижняя часть устройства — это гетеропереходный кремниевый элемент с двусторонней текстурой. LONGi не уточняет, используется ли здесь недавно анонсированная ячейка с задним контактом и эффективностью 27,3%.
С достигнутым результатом новая разработка практически вплотную приближается к мировому рекорду, установленному самой LONGi — 34,85%. Этот рекорд был зафиксирован после предыдущего достижения компании в 34,6% в сентябре 2023 года.
Разработка велась в партнёрстве с Университетом Сучжоу (Soochow University), а исследование опубликовано в журнале Nature. В пресс-релизе LONGi подчеркнула, что это достижение стало возможным благодаря скоординированному подходу к инновациям, объединяющему промышленность, науку, исследовательские институты и прикладные разработки — всё это способствует формированию национальной экосистемы тандемных солнечных элементов в Китае.
