В середине сентября Университет науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) в Тувае (Саудовская Аравия) разослал пресс-релиз о текущем статусе исследований фотоэлементов, в котором говорится о разработке «высокоэффективных перовскит-кремниевых тандемных фотоэлементов, готовых для промышленного производства», и тем самым университет «опередил многие исследовательские группы, работающие в этой области по всему миру».
Заявление о «промышленной зрелости», безусловно, несколько оптимистично. Но нет никаких сомнений в том, что команда KAUST во главе со Стефаном Де Вольфом сделала интересное открытие. Здесь следует знать, что любые фотоэлементы, включая тандемные, разработаны таким образом, что они достигают максимально возможной эффективности в стандартных условиях испытаний (STC) при рабочей температуре 25 градусов, 1000 Вт излучения и массе воздуха 1,5. Для тандемных фотоэлементов это означает, что ширина запрещенной зоны верхнего фотоэлемента из перовскита спроектирована таким образом, чтобы соответствовать ширине запрещенной зоны нижнего кремниевого фотоэлемента путем продуманного подбора смеси материалов. Только тогда токи обоих фотоэлементов настолько близки друг к другу, что не происходит никаких потерь из-за несовпадения. Один из способов избежать этой проблемы — обеспечить каждый фотоэлемент из тандема двумя контактами. Тогда получаются так называемые 4-х-контактные фотоэлементы. Однако будущее, вероятно, принадлежит монолитным 2-х-контактным тандемным фотоэлементам, которые также исследует Де Вольф.
Идеальная ширина запрещенной зоны для перовскитных фотоэлементов на кремнии при стандартных условиях испытаний оказалась равной 1,73 электронвольта. Ширина запрещенной зоны, определяющая силу тока, изменяется с температурой — в кремниевой части она становится больше, в перовскитной — меньше. При рабочих температурах от 50 до 70 градусов Цельсия, как это происходит в реальной работе солнечных электростанций, запрещенные зоны, оптимизированные для STC, расходятся, что приводит к рассогласованию и, как следствие, к потерям.
Команда Де Вольфа исследовала оптимальную ширину запрещенной зоны в стандартных условиях испытаний для верхнего фотоэлемента из перовскита, чтобы тандем мог в дальнейшем давать максимально возможную выработку в реальной эксплуатации, для чего была выбрана средняя рабочая температура в 55 градусов Цельсия. С этой целью были изготовлены монолитные перовскитные гетеропереходные кремниевые фотоэлементы с эффективностью 25%, на открытом испытательном поле были сделаны все замеры, а собранные данные были экстраполированы путем моделирования на целый год, а также смоделированы эффекты от запрещенных зон разной ширины. «Наши результаты показывают, что идеальная ширина запрещенной зоны перовскитной части оптимального тандемного фотоэлемента должна быть меньше, чем предполагалось ранее», — говорит Де Вольф, а именно 1,68 электронвольт. На ширину запрещенной зоны в перовскитах влияет соотношение галогенидов брома и йода. Меньше брома приводит к более узкой запрещенной зоне. Это даже выгодно, поскольку верхние перовскитные фотоэлементы с низким содержанием брома более стабильны.
Источник: https://www.photon.info/de/news/kaust-empfiehlt-kleinere-bandlucke-fur-perowskit-top-zellen