Солнечные элементы следующего поколения работают лучше, когда вокруг камеры

Исследователи обнаружили, что буквальный “фокус света” может обнаружить недостатки в солнечных элементах следующего поколения, повышая их эффективность в сравнении с существующими версиями на основе кремния. Открытие открывает путь к улучшению контроля качества для коммерческого производства.

В небольших масштабах солнечные элементы на основе перовскита, которые обещают дешевое и обильное производство солнечной энергии, уже почти так же эффективны, как кремниевые.

Однако по мере увеличения масштаба ячейки перовскита работают менее хорошо из-за наноразмерных дефектов поверхности, возникающих в результате их изготовления.

По мере того, как растет количество нежелательных крошечных комочков и выпуклостей, количество солнечной энергии, генерируемой на квадратный сантиметр, уменьшается.

Теперь, однако, австралийские исследователи придумали решение – с помощью камеры.

В статье, опубликованной в журнале Nano Energy, первый автор, доктор Кевин Ритвик и его коллеги из австралийского Центра передовых технологий в области экситонных наук ARC, Университета Монаш, Технологического университета Ухани и CSIRO Energy, описывают, как критические недостатки, невидимые невооруженным глазом, могут быть обнаруженным, сияя синим светом на клетки и регистрируя инфракрасный свет, который отражается назад.

Техника использует свойство солнечных элементов, называемое “фотолюминесценция”.

Это процесс, посредством которого электрон внутри молекулы или полупроводника кратковременно получает питание от входящего фотона. Когда электрон возвращается в свое нормальное состояние, фотон выплевывается обратно.

Недостатки микромасштаба изменяют количество производимого инфракрасного излучения. Анализ того, как интенсивность света, излучаемого солнечным элементом, меняется в зависимости от условий эксплуатации, дает представление о том, насколько хорошо элемент работает.

“Используя эту технику, мы можем быстро выявить целый ряд недостатков”, – сказал доктор Ритвик, исследователь Exciton Science из Университета Монаш.

“Затем мы можем выяснить, достаточно ли их, чтобы вызвать проблему, и, если это так, скорректировать производственный процесс, чтобы устранить ее. Это обеспечивает очень эффективный метод контроля качества”.

Эквивалентные методы проверки распространены в производстве кремниевых элементов. Используя инновационную модуляцию света, доктор Ритвик и его коллеги разработали новый подход, который решает проблемы, связанные с клетками следующего поколения, – открывая путь к масштабируемому и потенциально коммерчески успешному устройству.

Старший автор, профессор Удо Бах, также из Университета Монаш, сказал, что команда провела успешные тестовые прогоны на партиях небольших исследовательских ячеек. Технология, пояснил он, будет проста в расширении и коммерциализации.

“Это исследование ясно показывает, что на производительность устройств с перовскитными солнечными элементами влияет количество мелких дефектов в самих элементах”, – сказал он.

“Использование модуляции света для обнаружения этих недостатков – это быстрый и надежный способ решения проблемы, который должен работать на любом уровне производства”.