Американские инженеры создали недорогие солнечные элементы с высокой производительностью, соединив слои кремния с перовскитом и использовав уникальную комбинацию элементов. Это позволило поднять КПД до 27%.

Взяв за основу перовскитовые солнечные элементы — кристаллы, поглощающие высокоэнергетические фотоны — ученые из Калифорнийского университета в Боулдере нанесли их поверх кремниевого фотоэлемента, который впитывает больше фотонов из инфракрасного спектра. В итоге перовскиты увеличили КПД кремниевых фотоэлементов с 21% до 27%.

Годами кремниевые солнечные элементы были стандартом в индустрии солнечной энергии. Но пока их производительность по преобразованию солнечной энергии в электричество колеблется в пределах от 18% до 21%, а пиковые значения достигают 26,6%.

«Мы взяли продукт, породивший индустрию стоимостью $30 млрд в год, и улучшили его на 30%, заявил профессор Майкл Макги, один из соавторов опубликованной в Science статьи. — Это немало».

Средняя производительность ниже максимальной потому, что вне зависимости от того, насколько хороша отдельная маленькая солнечная ячейка, она теряет около трех процентов после установки в большую солнечную панель — примерно как спортивная команда хороша настолько, насколько хорош ее средний игрок. Но если поднять общую эффективность, не придется устанавливать большое количество панелей, чтобы получить то же количество энергии.

Это не первый раз, когда ученые используют слоеные материалы для повышения эффективности фотоэлементов. Идея впервые была предложена в 1970-х — и добилась мирового рекорда КПД: более 45%. Однако, такой показатель достался дорогой ценой — $80 000 за квадратный метр, поскольку элементы пришлось выращивать по одному слою толщиной в один атом за раз, чтобы создать один единый кристалл. Профессор Макги и его исследователи сумели снизить себестоимость в сотни раз благодаря использованию перовскитов.

Ученые настроены оптимистично и убеждены, что их изобретение преодолеет максимальный КПД для кремниевых фотоэлементов и не остановится на 30%, сохранив стабильность работы.

Перовскитовый солнечный элемент с рекордным КПД в 24,6% был разработан немецкими учеными в 2018. Они тоже применили «слоеный» подход и добились высокого показателя благодаря тандему перовскита и селенида меди-индия-галлия.