Солнечный тандем

Гибким солнечным элементам не нужны дорогие подложки из кремниевых кристаллов — их печатают на пластиковой пленке или металлической фольге. Цена оказывается ниже, а область применения — из-за гибкости — больше. Однако эффективность таких батарей едва достигает 10% — маловато по сравнению с 25%, которые надежно выдают серийно изготавливаемые кремниевые элементы. Исследователи из международного центра EMPA со штаб-квартирой в Швейцарии попробовали поднять эффективность за счет применения двухслойного покрытия для поглощения света.

Возможности полупроводника преобразовывать свет в электричество ограничиваются шириной его запрещенной зоны. Если энергия кванта света меньше, тока не будет. Если больше — лишняя энергия уйдет в тепло. Поймав более энергичные фиолетово-желтые кванты одним слоем, а менее энергичные красные и инфракрасные — другим, как раз и удастся более полно утилизировать свет солнца.

Инженеры EMPA для ловли фиолетово-желтых квантов синтезировали тонкий слой метиламмония иодида свинца в виде мелких кристаллов с решеткой перовскита. Перовскиты давно привлекают внимание солнечных энергетиков, однако из-за того, что их кристаллы растут плохо, добиться результата, который позволил бы задуматься о внедрении в производство, никак не удавалось. Теперь же помог промежуточный органический слой, построенный на основе фуллеренов С₆₁.

Слой перовскита на нем получился не только прочным и гибким, но и прозрачным, пропускающим красную часть спектра.

Ее утилизирует второй слой полупроводника — медь-индий-галлиевый диселенид; лучший образец показал эффективность 20,5%. Теперь авторы работы во главе с Аёдхьей Тиари предполагают усовершенствовать технологию и добиться тех 30% эффективности, которые следуют из расчета для таких солнечных элементов. Главная изюминка технологии — слой перовскита наносят при температуре всего 50^оС, что и позволяет использовать органический промежуточный слой.

«Nature Communications», 2015, 6, 8932; doi: 10.1038/ncomms9932