Покрытие солнечных элементов специальными органическими молекулами может стать ключом к новому поколению высокоэффективных и доступных солнечных панелей. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Angewandte Chemie, такое покрытие способно повысить эффективность монолитных тандемных элементов, состоящих из кремния и перовскита, одновременно снижая их стоимость. Это стало возможным благодаря использованию промышленных, микроструктурированных, стандартных кремниевых пластин, производимых методом Чохральского.

Тандемные элементы солнечных батарей изготавливаются из двух разных полупроводников, которые поглощают разные длины волн света, что позволяет лучше использовать весь спектр солнечного излучения и повысить эффективность солнечных элементов. Одним из перспективных сочетаний является комбинация кремния, поглощающего в основном красный и ближний инфракрасный свет, и перовскита, эффективно использующего видимый свет. Монолитные тандемные элементы создаются путём покрытия подложки двумя типами полупроводников, один поверх другого.

Источник: DALL-E

Обычно для создания системы перовскит/кремний используются дорогостоящие кремниевые пластины, производимые методом зонной плавки с полированной или наноструктурированной поверхностью. Более дешёвой альтернативой являются кремниевые пластины, производимые методом Чохральского, которые имеют микрометровые пирамидальные структурные элементы на поверхности. Эти микротекстуры обеспечивают лучший захват света благодаря меньшей отражательной способности по сравнению с гладкой поверхностью. Однако процесс покрытия таких пластин перовскитом приводит к появлению множества дефектов в кристаллической решётке, что негативно влияет на электронные свойства, затрудняет перенос освобождённых электронов и увеличивает вероятность безызлучательной рекомбинации электронов и дырок. В результате снижаются как эффективность, так и стабильность слоя перовскита.

Китайская исследовательская группа под руководством профессора Кай Яо из Наньчанского университета, Suzhou Maxwell Technologies, CNPC Tubular Goods Research Institute (Шэньси), Гонконгского политехнического университета, Уханьского технологического университета и Фуданьского университета (Шанхай) разработала стратегию пассивации поверхности, позволяющую сгладить поверхностные дефекты слоя перовскита. Соединение тиофенетиламмония с трифторметильной группой (CF3-TEA) наносится методом динамического распыления, формируя очень однородное покрытие даже на микротекстурированных поверхностях.

Высокая полярность и энергия связи покрытия CF3-TEA эффективно ослабляют эффекты поверхностных дефектов, подавляя безызлучательную рекомбинацию и регулируя электронные уровни таким образом, что электроны на границе раздела могут быть легче переданы в слой захвата электронов солнечного элемента. Модификация поверхности с помощью CF3-TEA позволяет перовскит/кремниевым тандемным солнечным элементам на основе обычных текстурированных пластин из кремния Чохральского достигать очень высокой эффективности, почти 31%, и сохранять долговременную стабильность.

Это исследование открывает новые возможности для создания высокоэффективных и доступных солнечных панелей, что может способствовать более широкому распространению возобновляемых источников энергии.