Перовскитовые ячейки — новое решение для повышения эффективности солнечных панелей

Солнечные элементы на основе перовскита, широко рассматриваемые в качестве преемников доминирующих в настоящее время кремниевых элементов благодаря простоте и экономичности процесса производства в сочетании с отличными характеристиками, стали предметом глубоких исследований.

Группа ученых из Института солнечной энергии Фраунгофера ISE и физического факультета Варшавского университета представила в журнале Advanced Materials and Interfaces перовскитовые фотоэлектрические элементы со значительно улучшенными оптоэлектронными свойствами. Снижение оптических потерь в ячейках нового поколения, как показано в статье, является одной из ключевых задач для их более широкого внедрения.

За последние 20 лет фотовольтаика пережила значительное развитие, учитывая как эффективность панелей, так и установленную мощность, которая с 2000 года выросла в мире в 1000 раз. Наиболее распространенным материалом для производства фотоэлектрических панелей является кремний, однако в настоящее время ячейки на основе этого элемента приближаются к пределу своей физической эффективности. Поэтому ученые активно ищут инновационные решения, направленные на повышение эффективности ячеек и одновременно на удешевление и экологизацию производства.

Ячейки на основе перовскита отвечают обоим этим критериям, обеспечивая КПД выше 26%, простоту и экономичность производства с использованием хорошо отработанных химических методов. В настоящее время во многих научно-исследовательских институтах мира ведутся работы по повышению их эффективности и устойчивости к атмосферным воздействиям. Одной из задач, стоящих перед ними, является интеграция перовскитовых ячеек с кремниевыми при одновременном снижении потерь на отражение и паразитное поглощение.

Для минимизации этих потерь кремниевые ячейки обычно подвергаются травлению с использованием агрессивных химических реагентов, в результате чего на поверхности образуется микроскопический пирамидальный рисунок, эффективно снижающий отражение всего устройства, что позволяет увеличить ток, генерируемый устройством. К сожалению, перовскиты чувствительны ко многим химическим веществам, поэтому до сих пор использовались менее эффективные планарные антиотражающие покрытия, наносимые с помощью менее инвазивного напыления.

В исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials and Interfaces, ученые использовали метод наноимпринтинга для создания эффективной антиотражающей структуры с сотовидной симметрией на перовскитовом солнечном элементе. Этот метод позволяет создавать структуры нанометрового масштаба на очень больших поверхностях, превышающих 100 см².

Такой подход гарантирует масштабируемость процесса производства устройств с большой поверхностью, что крайне важно в условиях острой необходимости преобразования энергетики в сторону возобновляемых источников энергии, — говорит Мацей Краевский (Maciej Krajewski), исследователь с физического факультета Варшавского университета. Такие модифицированные образцы демонстрируют более высокую эффективность по сравнению с ячейками, в которых ранее использовались планарные антиотражающие слои.

Помимо повышения эффективности, еще одним важным результатом опубликованной работы является то, что процедура нанесения этого слоя не повреждает перовскит, что открывает возможность использования других структур, адаптированных к конкретным архитектурам ячеек. До сих пор подобные антиотражающие структуры применялись в виде отдельно приготовленных слоев, которые переносились по другому технологическому процессу, неизбежно маломасштабному и чреватому повреждением активного слоя. Использование метода прямой наноимпринтинга позволяет изготавливать все устройство в больших масштабах и по единому технологическому процессу, что крайне важно для снижения общей стоимости устройства.

Кроме того, применяемый метод совместим с тандемной конфигурацией, т.е. сочетанием кремниевых и перовскитовых ячеек, что открывает совершенно новые возможности для его применения. Следовательно, существует возможность прямого переноса этой методики на новые фотоэлектрические архитектуры, что может привести к дальнейшему повышению эффективности. Опубликованные результаты открывают путь к созданию новых фотоэлектрических устройств с выдающимися оптоэлектронными свойствами с использованием методов наноимпринтинга в их производстве.

06.10.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики

Новый метод производства материалов, которые м...

PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов
PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов

Ядерный синтез может стать идеальным решением ...

J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее
J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее

Новое объяснение эффекта этиленкарбоната ...

EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления
EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления

Из-за распространения возобновляемых источнико...

Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам
Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам

Исследователи разработали методику создания сл...

Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей
Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей

Литий-ионные батареи широко используются в&nbs...

JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x
JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x

Пьезокатализ — перспективная эколог...

EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо
EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо

Новый метод переработки бикарбонатного раствор...

Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу
Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу

Углеродный след богатых людей в обществе ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

В СПбГУ с помощью кишечной палочки раскрыли механизмы контроля синтеза аргинина
В СПбГУ с помощью кишечной палочки раскрыли механизмы контроля синтеза аргинина
Conservation Letters: Дружба на расстоянии полезна для природы
Conservation Letters: Дружба на расстоянии полезна для природы
Для охлаждения городов нужно высаживать правильные деревья в правильном месте
Для охлаждения городов нужно высаживать правильные деревья в правильном месте
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики
Золото в новом формате: ученые создали двумерные монослои золота для катализа
Золото в новом формате: ученые создали двумерные монослои золота для катализа
Старение населения и технологии: как роботы помогут заботиться о пожилых
Старение населения и технологии: как роботы помогут заботиться о пожилых
Появилась концепция устойчивых полимерных электролитов для топливных элементов
Появилась концепция устойчивых полимерных электролитов для топливных элементов
Scientific Reports: Разработано подвижное навигационное устройство для незрячих
Scientific Reports: Разработано подвижное навигационное устройство для незрячих
В МИФИ разработана нейросеть для расчета и синтеза голографических изображений
В МИФИ разработана нейросеть для расчета и синтеза голографических изображений
Nature Comms: Субволновые оптические скирмионы — ключ к новым технологиям
Nature Comms: Субволновые оптические скирмионы — ключ к новым технологиям
AJPM: Для отказа от вейпа достаточно телефонной консультации
AJPM: Для отказа от вейпа достаточно телефонной консультации
В СахГУ создали программу для управления закачкой воды в нефтяные скважины
В СахГУ создали программу для управления закачкой воды в нефтяные скважины
Аэрозольные загрязнители от приготовления пищи дольше сохраняются в атмосфере
Аэрозольные загрязнители от приготовления пищи дольше сохраняются в атмосфере
Angewandte Chemie: Сделан прорыв в точной разработке четырехцепочечных β-листов
Angewandte Chemie: Сделан прорыв в точной разработке четырехцепочечных β-листов
Scientific Reports: Собаки научились общаться с помощью звуковых панелей
Scientific Reports: Собаки научились общаться с помощью звуковых панелей

Новости компаний, релизы

Пироговский университет стал победителем премии «Сноба» «Сделано в России»
ТГУ готовит специалистов для российской электронной промышленности
Наука во льдах и за партой: молодые ученые Поморья проводят для школьников и студентов необычные лекции
В МИФИ разработали критерии для рейтингования вузов в сфере устойчивого развития
70% составляет готовность 18 корпусов общежитий нижегородского ИТ-кампуса