Эффективность лучших солнечных батарей по-прежнему колеблется в районе 25%. То есть, остается много свободной энергии, которая не абсорбируется. Прошлые исследования показали, что возможным решением проблемы низкой производительность может быть минерал, известный как перовскит. Теперь команда из Массачусетского технологического института (MIT) и Стэнфордского университета перешли от теории к практике, построив перовскито-кремниевые солнечные панели.
Эти солнечные элементы состоят из нескольких полупроводниковых материалов. Потенциально они могут значительно повысить эффективность, но их использование может быть ограничено сложностью и дороговизной производства. Команда Стэнфорда и MIT сосредоточились на этой конструкции, потому что они считают, что в ней есть много возможностей для совершенствования.
Перовскит представляет собой кристаллический минерал, который может быть получен лабораторным путем, но существует также и в геологических отложениях по всему миру, правда, довольно редко. Ученые и раньше знали, что перовскит может поглощать свет и имеет полупроводниковые свойства, но только в 2009 году они впервые использовали его для солнечных элементов. Основным преимуществом использования перовскита в солнечных батареях является то, что он может быть интегрирован в слои толщиной в один микрон.
Объединенные элементы, созданные в этом эксперименте, могут улучшать связь между кремниевыми и перовскитными слоями. Этот соединительный слой состоит из сильно легированного кремния Р-типа и N-типа, который практически полностью убирает энергетический барьер между двумя слоями. Дополнительный слой из диоксида титана позволяет электронам из перовскитного слоя свободно переходить по туннельному переходу, где они соединяются с электронами из кремниевой панели.
Так зачем объединять две различные технологии солнечных батарей в одной? Тандем солнечных элементов из кремния и перовскита может поглощать больше солнечной энергии. Такая комбинация сводит к минимуму явление, известное как термализация. Это то, что происходит в солнечном элементе, когда энергия фотонов высвобождается в виде тепла, не достигая абсорбирующих материалов. Кремний хорошо поглощает верхнюю часть спектра солнечной энергии, а перовскит хорошо проявляет себя при захвате фотонов от нижнего инфракрасного сегмента. Благодаря этому поглощающие слои могут преобразовывать солнечный свет в электричество более эффективно.
Объединенным элементам удалось достичь 50% повышения эффективности. Исследователи полагают, что усовершенствование перовскитного слоя и более продвинутые кремниевые батареи могут повысить эффективность еще больше.
