Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрировала концептуальный тандемный солнечный элемент, в котором в качестве материала для нижнего элемента используется селенид сурьмы, а в качестве материала для верхнего элемента — широкополосный органический и неорганический гибрид перовскита.

Устройство достигло эффективности преобразования энергии более 20%. Это исследование показывает, что селенид сурьмы имеет большой потенциал для применения в нижних элементах.

Исследование опубликовано в журнале Energy Materials and Devices.

Фотоэлектрические технологии, использующие солнечный свет и преобразующие его в электричество, популярны, поскольку являются чистым, возобновляемым источником энергии. Ученые продолжают работать над повышением эффективности преобразования энергии, или КПД, солнечных батарей. В обычных однопереходных солнечных батареях им удалось достичь коэффициента преобразования энергии более 20%. Для достижения эффективности выше предела Шокли-Квейссера в однопереходных солнечных элементах потребуются гораздо большие затраты. Однако предел Шокли-Куиссера однопереходных солнечных элементов может быть преодолен благодаря изготовлению тандемных солнечных элементов. С помощью тандемных солнечных элементов исследователи могут получить более высокую энергетическую эффективность за счет укладки материалов солнечных элементов друг на друга.

Исследовательская группа работала над созданием тандемных солнечных элементов, используя полупроводник под названием селенид сурьмы. Предыдущие исследования селенида сурьмы были направлены в основном на применение в однопереходных солнечных элементах. Но команда исследователей знала, что с точки зрения полосовой щели этот полупроводник может оказаться подходящим материалом для нижнего элемента тандемных солнечных батарей.

Селенид сурьмы — подходящий материал для нижнего элемента тандемных солнечных батарей. Однако из-за редкости сообщений о тандемных солнечных элементах с его использованием в качестве нижнего элемента, его применению уделялось мало внимания. Мы собрали тандемный солнечный элемент с высокой эффективностью преобразования, используя его в качестве нижнего элемента, чтобы продемонстрировать потенциал этого материала, — говорит Тао Чен, профессор кафедры материаловедения и инженерии в Университете науки и техники Китая.

Тандемные солнечные элементы лучше поглощают солнечный свет, чем солнечные элементы с одним спаем, в которых используется один слой полупроводникового материала. Тандемные солнечные элементы преобразуют большую часть солнечного света в электричество, поэтому они более энергоэффективны, чем солнечные элементы с одним спаем.

Команда изготовила тандемные солнечные элементы из перовскита и селенида сурьмы с прозрачным проводящим электродом для оптимизации спектрального отклика. Они смогли отрегулировать толщину прозрачного электродного слоя верхнего элемента, чтобы получить высокий КПД, превышающий 17%. Они оптимизировали нижний элемент из селенида сурьмы, добавив двойной электронно-транспортный слой, и добились эффективности преобразования энергии в 7,58%.

Когда они механически собрали верхние и нижние элементы для создания четырехконцевого тандемного солнечного элемента, эффективность преобразования энергии превысила 20,58%, что выше, чем у независимых субэлементов. Тандемный солнечный элемент демонстрирует отличную стабильность благодаря нетоксичным композиционным элементам.

Эта работа обеспечивает новую структуру тандемного устройства и демонстрирует, что селенид сурьмы является перспективным абсорбирующим материалом для применения в тандемных солнечных элементах, — говорит Чен.

В будущем команда надеется работать над созданием более интегрированного двухтерминального тандемного солнечного элемента и дальнейшим улучшением характеристик устройства.

Высокая стабильность селенида сурьмы обеспечивает большое удобство для приготовления двухконцевых тандемных солнечных элементов, а это значит, что он может показать хорошие результаты в паре с большим количеством различных типов материалов для верхних элементов.

22.05.2024