В ходе моделирования и экспериментов исследователи демонстрируют, что введение крошечного наноразмерного текстурирования на поверхности материалов в тандемных солнечных элементах перовскит / кремний может значительно повысить эффективность за счет уменьшения количества световой энергии, теряемой из-за отражения. Новая конструкция с нанотекстурой может достичь потенциала эффективности преобразования энергии выше 29%, что, как показывают модели, можно улучшить с помощью более совершенных технологий изготовления и дополнительного текстурирования.
Филипп Токхорн из Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) представит работу на виртуальном конгрессе OSA Advanced Photonics, который состоится 29 июля.
«Мы представляем тандемные солнечные элементы с нанотекстурой перовскита и кремния, которые не уступают лучшим элементам, представленным в этой высокодинамичной области», - сказал Токхорн. Наши результаты могут способствовать дальнейшему развитию высокоэффективных тандемных солнечных элементов перовскит / кремний и могут способствовать дальнейшему снижению стоимости солнечной электроэнергии ».
Перовскиты - это материалы с кристаллической структурой, аналогичной структуре природного минерала перовскита. Эти полупроводниковые материалы очень эффективно преобразуют солнечный свет в энергию и были ключевым направлением развития технологий солнечной энергии следующего поколения. Современные солнечные панели изготавливаются в основном из кремния.
В рамках новой работы Токхорн, Йоханнес Саттер и его коллеги из группы профессора Беккера и профессора Альбрехта из HZB изучали, как внедрение нанотекстурирования на различных интерфейсах влияет на производительность тандемных солнечных элементов, сделанных из перовскитного солнечного элемента на кремниевом солнечном элементе. Сначала они использовали компьютерное моделирование для расчета электрического тока в перовскитных и кремниевых субэлементах (плотность фототока), когда слой перовскита был полностью плоским, нанотекстурированным (неровным) только внизу, где он соприкасался со слоем кремния, или неровным на обоих поверхностях. и дно. Смоделированные выступы имели высоту около 300 нм и расстояние между ними 750 нм. В то время как односторонняя нанотекстурированная конструкция показала лишь небольшое улучшение производительности по сравнению с плоской конструкцией при моделировании, полностью текстурированная архитектура была рассчитана на поглощение значительно большего количества света, увеличивая плотность фототока на 0.7 мА / см.2 на подъячейку.
Для дальнейшего изучения того, как нанотекстурирование влияет на производительность солнечных элементов, исследователи затем изготовили различные конструкции тандемных солнечных элементов перовскит / кремний: один с полностью плоским слоем перовскита, а другой - со слоем перовскита, который плоский сверху и неровный снизу на границе раздела. кремниевый солнечный элемент. Они определили, что одностороннее нанотекстурирование уже увеличило поглощенный свет и ток, генерируемый в слое кремниевого поглотителя, на 0.2-0.3 мА / см².
«Примечательно, что наноструктуры не только улучшают поглощение света, но и приводят к небольшому увеличению мощности тандемного солнечного элемента. электронный По словам Токхорна, качество по сравнению с планарным эталоном в сочетании с лучшими условиями обработки пленки ».
По мнению исследователей HZB, полученные данные открывают многообещающие возможности для дальнейших улучшений. Основываясь на результатах моделирования, исследователи предсказывают, что солнечный элемент, в котором слой перовскита имеет нанотекстуру как сверху, так и снизу, вероятно, еще больше повысит производительность и достигнет эффективности преобразования энергии, превышающей 30%.
«Дальнейшее развитие этого подхода с двусторонней текстурой существует и осуществимо, но потребует улучшений в процессе изготовления для добавления нанотекстурирования к верхней стороне слоя перовскита», - сказал Токхорн.
