Благодаря двойным элементам солнечные панели станут намного эффективней

Эффективность большинства солнечных батарей по-прежнему колеблется примерно в районе 25%. Согласно этой статистике получается, что при таком показателе остается довольно много свободной энергии, которая при этом никак не абсорбируется. Давние исследования показали, что наиболее возможным решением проблемы невысокой производительности солнечных элементов может стать минерал – перовскит.

В настоящее время команда исследователей из Стэнфордского университета и Массачусетского технологического института (MIT) уже перешли от теории к практике, сконструировав первые перовскит-кремниевые солнечные панели. Новые элементы подобного рода состоят из нескольких полупроводниковых материалов. Потенциально они способны многократно повысить эффективность источников для преобразования солнечной энергии, однако их использование может быть сильно ограничено дороговизной  и сложностью их производства. Команда ученых Стэнфорда и MIT сосредоточились на новой конструкции солнечных элементов, поскольку они убеждены в том, что технология обладает хорошим потенциалом для дальнейшего совершенствования.

Перовскит – это кристаллический минерал, который научились получать лабораторным путем, однако он существует и в геологических отложениях буквально по всему миру, правда, встречается довольно редко. Ученые уже знают, что перовскит может очень хорошо поглощать свет и имеет полупроводниковые свойства, присущи многим минералам, но лишь в 2009 году ученым удалось впервые использовать минерал для создания солнечных элементов. Наиболее важным преимуществом использования минерала перовскита в солнечных батареях является то, что его можно быть интегрировать в слои, толщиной всего лишь один микрон.

Объединенные элементы, созданные в таком непростом эксперименте, могут значительно улучшать и укреплять связь между кремниевыми и перовскитными слоями. Этот соединительный слой состоит из сильно легированного кремния Р-типа и N-типа, который почти полностью убирает возникающий энергетический барьер между двумя слоями. А дополнительный слой из диоксида титана позволит электронам из перовскитного слоя свободно перемещаться по туннельному переходу, где слои соединяются с электронами из кремниевой панели.

Возникает вопрос: зачем объединять две абсолютно разные технологии солнечных батарей в одной? Тандем из солнечных элементов, состоящих из перовскита и кремния, способен поглощать намного больше солнечной энергии. Эта комбинация сведет к минимуму явление, известное, как термализация. Это то, что происходит в солнечном элементе после того, как энергия фотонов высвобождается в виде тепла, не достигая при этом абсорбирующих материалов.

Кремний отлично поглощает верхнюю часть спектра солнечной энергии, а перовскит проявляет себя с лучшей стороны при захвате фотонов от нижнего инфракрасного сегмента. Благодаря этому эффекту поглощающие слои могут намного более эффективно преобразовывать солнечный свет в электричество.

Объединенным солнечным элементам удалось достичь порядка 50% повышения своей общей эффективности. Исследователи считают, что дальнейшее усовершенствование перовскитного слоя и продвинутые кремниевые батареи смогут и дальше повысить эффективность данного метода.