KAUST 2020 / techXplore
Вчені протестували тандемні сонячні панелі, зроблені з перовскіту та кремнію, у спекотних та сонячних умовах на відкритому повітрі. Зокрема, дослідників цікавила заборонена зона їхніх напівпровідників — характеристика, що визначає кількість струму, який згенерується внаслідок поглинання фотонів. Виявилося, що заборонена зона перовскітової панелі для оптимальної роботи пристрою має бути нижчою, ніж вважалося раніше. Це дозволить використовувати у тандемних батареях більш стабільні перовскітові композиції. Стаття про це доступна у журналі Nature.
Що таке тандемні перовскітово-кремнієві сонячні панелі?
Оптичні та електронні властивості напівпровідників пов’язані з їхньою забороненою зоною, що характеризує, яку мінімальну енергію повинні мати фотони, поглинуті матеріалом. Ця величина також визначає, скільки при цьому генерується струму. У звичайній сонячній батареї напівпровідник поглинає лише певні довжини хвиль світла з енергією, що перевищує заборонену зону матеріалу, залишаючи невикористаною частину сонячної енергії. Наразі ефективний напівпровідник кремній домінує у комерційному виробництві сонячних панелей. Але нещодавно перовскіт почали розглядати як матеріал, який може значно здешевити виготовлення сонячних батарей. Його властивості можна налаштувати за рахунок зміни його хімічного складу. Щоб отримати переваги і кремнію, і перовскіту, вчені використовують обидва матеріали у тандемній сонячній панелі. Такі пристрої мають теоретичну межу ефективності 44%, що перевищує 33% для звичайних сонячних панелей. Одним з обмежень для таких приладів вважалося те, що заборонена зона перовскіту має бути ширшою, аніж дозволяє стабільна композиція матеріалу.
Як вчені протестували такі панелі?
Зазвичай нові сонячні батареї випробовуються в лабораторіях за стандартних умов. Але температура навколишнього середовища більшості місцевостей, у яких розміщені сонячні панелі, набагато вища за стандартні 25 градусів за Цельсієм і може різко коливатися, що впливає на продуктивність пристроїв. Команда вчених перевірила ефективність тандемних перовскітово-кремнієвих сонячних панелей на відкритому повітрі у спекотному, сонячному кліматі. Через нагрівання пристрою заборонена зона для кремнію стала меншою, а для перовскіту збільшилася. Це знижує ефективність тандемних панелей, оптимізованих у стандартних лабораторних умовах. Окрім того, ця тенденція має наслідком зменшення забороненої зони перовскіту, дозволяючи використовувати більш стабільні композиції матеріалу в тандемних сонячних панелях.