Исследовательская группа под руководством Дэхвана Кима и Шиджуна Сунга из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) совершила прорыв в солнечной энергетике. Ученые создали новый тип солнечных элементов из меди, индия и селена (CuInSe2), которые можно наносить тонкими пленками на прозрачную подложку. Но главное — эти элементы научились вырабатывать электричество с двух сторон, и ловят свет как фронтально, так и с обратной стороны. Такую технологию называют двусторонней.

Подробности опубликованы в издании Advanced Energy Materials.

Раньше создать эффективный двусторонний элемент было сложно. Для него нужна абсолютно прозрачная основа, а классические методы производства требуют экстремально высоких температур, которые такие прозрачные материалы просто не выдерживают. Команде DGIST удалось обойти это ограничение. Они нашли способ производить элементы при температурах ниже 420 градусов Цельсия, что гораздо щадящее для подложек. Секрет успеха в двух ключевых изменениях технологии:

• Добавление серебра в процесс формирования основного светопоглощающего слоя, что резко улучшило его качество даже при низких температурах.
• Создание особого градиента из галлия в нижней части слоя, что помогло электрическим зарядам двигаться эффективнее и меньше теряться.

В итоге им удалось достичь одного из лучших в мире показателей для таких элементов. Эффективность преобразования света с лицевой стороны составила 15,3%, а с тыльной — 8,44%. В комбинированном режиме, когда свет падает с двух сторон, плотность мощности достигает 23,1 мВт/см².

Наше исследование открывает новые пути для повышения эффективности тонкопленочных солнечных элементов на прозрачных подложках, — говорят руководители исследования Дэхван Ким и Шиджун Сунг. — Мы планируем расширять сферу применения этой технологии для создания высокоэффективной двусторонней энергетики.

Реальная польза этой работы — в ее универсальности и потенциальном снижении стоимости энергии. Двусторонние панели можно интегрировать в здания (фасады, окна, навесы), где отраженный от стен и земли свет будет превращаться в дополнительную энергию. В агросолнечной энергетике такие полупрозрачные панели, установленные над полями, будут пропускать свет для растений снизу и генерировать электричество сверху, не затеняя посевы полностью. Наконец, это идеальный нижний элемент для тандемных солнечных ячеек, где сверху ставится элемент с широкой запрещенной зоной (ловит синий свет), а снизу — этот, с узкой (ловит красный свет), что радикально повысит общий КПД всей системы.

Хотя результаты впечатляют, ключевой вопрос для любой новой технологии — масштабируемость и стоимость. В исследовании используется индий — довольно редкий и дорогой металл. Массовое производство таких элементов может упереться в ограниченность его запасов и высокую цену, что поставит под вопрос их коммерческую конкурентоспособность с более распространенными кремниевыми или перспективными перовскитными аналогами. Для выхода на рынок потребуются дальнейшие исследования по сокращению использования индия или его замене на более доступные элементы.

Ранее ученые добились рекордного КПД солнечных элементов.