Исследователи достигли эффективности 33,1% с пассивированными тандемными элементами на основе текстурированного кремния и перовскита

Международная группа исследователей в области фотовольтаики из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST), Фрайбургского университета и Института солнечных энергетических систем Фраунгофера ISE достигла ключевого шага на пути к индустриализации тандемных перовскит-кремниевых солнечных элементов. Группа продемонстрировала, что верхний перовскитовый слой может быть эффективно пассивирован даже в сочетании с текстурированными кремниевыми нижними элементами, которые имеют пирамидальную поверхность и представляют промышленный стандарт.

В отличие от пассивации в кремнии, которая влияет только на верхние слои, обработка, применяемая к перовскиту, улучшает весь активный слой, что приводит к дальнейшему повышению эффективности. Пассивированные тандемные элементы достигли эффективности 33,1% и напряжения холостого хода 2,01 В.

Тандемные элементы сочетают верхний перовскитовый слой с нижним кремниевым слоем. Эта технология предлагает значительные достижения в фотовольтаике, поскольку традиционные кремниевые элементы достигают максимальной эффективности около 29,4% — близко к их текущему физическому пределу.

Для крупномасштабного производства выгодно использовать промышленные стандартные текстурированные кремниевые элементы в качестве нижнего слоя, учитывая их хорошо отработанные процессы производства. Эти элементы имеют текстурированную структуру, которая увеличивает площадь поверхности и улучшает эффективность, но усложняет осаждение перовскитового слоя. До сих пор высококачественная пассивация не была достигнута на пирамидальных кремниевых поверхностях.

Группа также отметила, что пассивация улучшает проводимость и коэффициент заполнения. Это улучшение проистекает из глубокого полевого эффекта, который влияет на весь перовскитовый слой — в отличие от кремния, где выгоду получают только поверхностные слои.

Доктор Уссама Эр-Раджи, ведущий автор исследования и исследователь в Fraunhofer ISE, заявил, что эффективная пассивация на полностью текстурированных тандемных элементах ранее не была реализована, с предыдущими успехами, ограниченными плоскими поверхностями. Команда достигла высококачественной пассивации, осаждая 1,3-диаминопропан-дигидроиодид на неровную перовскитовую поверхность.

Профессор Стефан Де Вольф из KAUST упомянул, что это открытие предоставляет прочную основу для будущих исследований и улучшает понимание процессов преобразования света внутри верхнего слоя, поддерживая разработку улучшенных тандемных элементов.

Профессор Стефан Глунц из Фрайбургского университета и глава отдела фотовольтаики в Fraunhofer ISE добавил, что поверхностная пассивация не просто дополнительна, но необходима для улучшения эффективности и стабильности элементов. Он отметил, что пассивация стала ключевым фактором для достижения высокой производительности в промышленном производстве кремниевых элементов, и фотоэлектрическая промышленность, вероятно, получит аналогичные преимущества с тандемными перовскит-кремниевыми элементами.

Результаты основаны на работе, проведенной в рамках флагманского проекта Фраунгофера «MaNiTU», а также проектов «PrEsto» и «Perle», финансируемых Федеральным министерством экономики и энергетики Германии.