Эффективность солнечных элементов можно повысить, объединив два светопоглощающих материала. Такие тандемные устройства получают энергию как от прямого солнечного света, так и от света, отраженного от других поверхностей.
Когда дело доходит до солнечных элементов, два типа материалов лучше, чем один, как показала международная команда, которая протестировала новую комбинацию материалов и архитектуры для повышения эффективности солнечных элементов.
Кремний долгое время доминировал в качестве основного материала для солнечных элементов , чему способствовало его изобилие в качестве сырья. Однако перовскиты, класс гибридных органо-неорганических материалов, являются жизнеспособной альтернативой из-за их низкой стоимости и крупномасштабного производства и более высоких характеристик.
Микеле Де Бастиани и Стефаан Де Вольф из KAUST, работая с коллегами из Канады, Германии и Италии, показал, что сочетание этих двух подходов является наилучшим. Оптимизируя состав материала и архитектуру «тандемного» устройства, команда достигла эффективности, превышающей коммерческие кремниевые солнечные панели.
Солнечный свет исходит непосредственно от солнца, но освещение также исходит от света, отражающегося от других поверхностей, известного как альбедо. Архитектура устройства, которая собирает свет как сзади, так и спереди, может использовать этот источник. «Наши двусторонние тандемы используют как прямой солнечный свет, так и альбедо для выработки электроэнергии более эффективным способом, чем их традиционные аналоги», - объясняет Де Бастиани.
Он и его команда начали с простой кремниевой конструкции устройства, которая была текстурирована сверху и снизу для улучшения сбора света. Затем они использовали метод обработки раствора, чтобы нанести сверху тонкий слой перовскита. Прозрачный задний электрод пропускал свет, а также позволял течь току. Исследователи протестировали пять перовскитных материалов, каждый с разным химическим составом, чтобы увеличить поглощение падающего света. Таким образом, они смогли идентифицировать перовскит, который лучше всего соответствовал электронным свойствам кремния.
«Мы разработали наш тандем с уникальной особенностью: перовскитовая субэлемент генерирует больше тока, чем кремниевый аналог, за счет кражи света, который в противном случае поглощался бы нижним субэлементом», - говорит Де Бастиани.
Команда протестировала свои двусторонние устройства и сравнила их характеристики с аналогичными моноличными устройствами в различных с различными альбедо, такими как, например, яркий песчаник или бетон. Они обнаружили, что при всех условиях двусторонняя конфигурация превосходит моноличную.
