Разработка новых ультратонких металлических электродов позволила исследователям создать полупрозрачные перовскитные солнечные элементы, которые являются высокоэффективными и могут быть объединены с традиционными кремниевыми элементами, чтобы значительно повысить производительность обоих устройств. Исследование дает стимул к разработке полностью прозрачных солнечных элементов.

«Прозрачные солнечные элементы найдут место на окнах в домах и офисных зданиях, вырабатывая электричество из солнечного света, которое в противном случае было бы потрачено впустую», - сказал Кай Ван, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Пенсильванском университете. «Это большой шаг - нам наконец удалось создать эффективные полупрозрачные солнечные элементы».

Традиционные солнечные элементы изготавливаются из кремния, но ученые полагают, что они приближаются к пределам технологий, используемых для создания еще более эффективных солнечных элементов. По словам ученых, перовскитные ячейки предлагают многообещающую альтернативу, и их установка поверх традиционных ячеек может создать более эффективные тандемные устройства.

«Мы показали, что можем изготавливать электроды из очень тонких, почти нескольких атомных слоев золота», - сказал Шашанк Прия, заместитель вице-президента по исследованиям. «Тонкий слой золота обладает высокой электропроводностью и в то же время не влияет на способность клетки поглощать солнечный свет».

Перовскитовый солнечный элемент, разработанный командой, достиг КПД 19,8%, что является рекордом для полупрозрачного элемента. А в сочетании с традиционным кремниевым солнечным элементом тандемное устройство достигло эффективности 28,3% по сравнению с 23,3% по сравнению с одним кремниевым элементом. 

«Повышение эффективности на 5% - это гигантское достижение», - сказала Прия. «Это в основном означает, что вы преобразовываете примерно на 50 Вт больше солнечного света на каждый квадратный метр материала солнечных элементов».

В предыдущих исследованиях ультратонкая золотая пленка показала себя многообещающей в качестве прозрачного электрода в перовскитных солнечных элементах, но проблемы с созданием однородного слоя привели к плохой проводимости, сказали ученые.

Команда обнаружила, что хром, используемый в качестве затравочного слоя, позволяет золоту формироваться сверху в непрерывном ультратонком слое с хорошими проводящими свойствами.

«Обычно, если вы выращиваете тонкий слой чего-то вроде золота, наночастицы будут соединяться и собираться, как небольшие острова», - сказал Донг Ян, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Пенсильвании. «Хром обладает большой поверхностной энергией, которая обеспечивает хорошее место для роста золота, и фактически позволяет золоту образовывать непрерывную тонкую пленку».

Перовскитные солнечные элементы состоят из пяти слоев и других материалов, испытанных как прозрачные электроды, поврежденные или разрушенные слои элементов. Ученые заявили, что солнечные элементы с золотыми электродами стабильны и со временем сохраняют высокую эффективность в лабораторных испытаниях.

«Этот прорыв в разработке архитектуры тандемных элементов на основе прозрачного электрода предлагает эффективный путь к переходу на перовскитные и тандемные солнечные элементы», - сказал Ян.