Тандемный солнечный элемент из перовскита и TOPCon от JinkoSolar обеспечивает эффективность 32,76%
Разработанная тандемная солнечная ячейка, объединяющая перовскитный верхний слой и кремниевый нижний элемент TOPCon, продемонстрировала рекордную эффективность преобразования энергии в 32,76%. Этот результат был официально подтвержден Китайским национальным центром метрологических испытаний фотоэлектрической промышленности (NPVM).
Уникальность данной разработки заключается в использовании перовскитного верхнего устройства, кристаллизация которого контролируется с помощью MBT-лиганда. Это позволяет создать тандемную структуру без дефектов и с высокими показателями производительности. Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS), Сингапурского исследовательского института солнечной энергии (SERIS) и китайского производителя JinkoSolar добились впечатляющих результатов благодаря инновационному подходу.
Обычные кремниевые пластины TOPCon толщиной около 130 мкм, которые используются в текущих промышленных стандартах, обладают высокой теплопроводностью, что приводило к неконтролируемой кристаллизации перовскитного слоя во время процесса отжига. Это порождало пустоты и дефекты, снижающие общую эффективность. Чтобы решить эту проблему, команда сконцентрировалась на органических компонентах, применив лиганд 2-меркаптобензотиазола (MBT) в растворе-предшественнике.
Лиганд MBT, благодаря своей способности к двухрежимному связыванию (с гетероциклическим атомом N и тиоловой группой —SH), способствует образованию водородных связей и электростатическому взаимодействию с катионами FA. Это замедляет кристаллизацию, формируя на промышленных кремниевых пластинах плотную, однородную и высококачественную пленку перовскита, лишенную пустот.
В составе верхнего перовскитного слоя были использованы подложка из оксида индия-олова (ITO), слой переноса дырок на основе оксида никеля, самособирающийся монослой (SAM), перовскитный поглотитель, модифицированная поверхность, слой переноса электронов из бакминстерфуллерена (C60), слой оксида олова (SnO2) и еще один слой ITO. Нижняя кремниевая ячейка была полностью изготовлена с применением промышленных технологий TOPCon на коммерческих монокристаллических кремниевых пластинах.
В ходе испытаний площадью 0,925 см² тандемное устройство показало эффективность преобразования энергии 33,62% при напряжении холостого хода 1,97 В. Важным достижением стала стабильность работы: после 1700 часов эксплуатации при комнатной температуре и 85% относительной влажности, напряжение холостого хода сохранилось на уровне 91% от первоначального значения.
Исследовательская группа отметила, что это один из самых высоких уровней подтвержденной стабильной эффективности для монолитных солнечных элементов, созданных путем объединения перовскита и технологии TOPCon.
Что касается возможности применения в коммерческих целях, исследование указывает на перспективность беспрепятственной интеграции с существующими промышленными производственными мощностями. Ученые отметили, что предложенный метод органического контроля, основанный на использовании лиганда MBT, может быть непосредственно внедрен в крупномасштабные производственные процессы с высокой пропускной способностью. Это, в свою очередь, открывает возможности для интеграции высокоэффективных перовскитных технологий в основные производственные линии кремниевых солнечных элементов.
Данный солнечный элемент был представлен в статье под названием "Кристаллизация перовскита с использованием добавок на промышленном кремнии TOPCon для создания тандемных солнечных элементов с повышенной эффективностью", опубликованной в журнале Nature Energy.
"Данное исследование впервые затрагивает проблему кристаллизации перовскита на промышленных кремниевых пластинах, предоставляя ценные сведения для интеграции перовскитных солнечных элементов в передовую технологию TOPCon", — заявил Сюй. "Важно отметить, что изложенная в статье стратегия обладает значительным потенциалом для непосредственного использования в промышленном производстве. Ее совместимость с масштабируемыми и высокопроизводительными решениями обеспечивает возможность практического применения результатов исследования в индустрии".
