Пероскіт-кремнієвий тандем сонячної батареї отримав нову планку: у лабораторії чемпіонський зразок показав ефективність перетворення 34,0% за напруги розімкненого кола 1,997 В, а незалежна сертифікація підтвердила стабільну ефективність 33,5% і рекордну напругу 2,014 В. Пристрій зберіг 84% початкової продуктивності після 2000 годин безперервної роботи під сонячним світлом.
Результат отримала команда Університету Сучжоу (Soochow University) спільно з центром досліджень і розробок LONGi. Роботу опубліковано у журналі Science Bulletin, а секрет прориву — у нанорозмірному «скелеті» з часток діоксиду цирконію, який хіміки вбудували між шарами елемента.
- 34,0% лабораторної ефективності чемпіонського зразка та 33,5% — незалежно сертифіковано
- Напруга розімкненого кола 2,014 В за сертифікацією — одна з найвищих для цього класу елементів
- 84% вихідної потужності після 2000 годин під однією «сонцем» у режимі MPPT
- Час життя носіїв заряду виріс із 1,46 до 2,81 мкс
Що саме зробили у Сучжоу
Тандемний елемент поєднує пероскітну верхню комірку з широкою забороненою зоною та кремнієву нижню — така конструкція дає змогу поглинати ширший спектр сонячного світла, ніж класичний кремнієвий модуль. Проблема цих пристроїв відома: пероскітна плівка нерівномірно росте на текстурованій поверхні кремнію, а на межі з шаром транспорту дірок відбувається нерадіаційна рекомбінація, яка «з’їдає» потенційну напругу.
Група під керівництвом професорів Цзяна Лю та Сяохун Чжан, доктора Хунбо Мо (Soochow University) і доктора Бо Хе (LONGi) вбудувала окремі частинки моноклінного діоксиду цирконію (ZrO₂) між прозорим провідним оксидом і самоорганізованим моношаром. Утворилася переривчаста наноструктура — щось на кшталт мікроскопічного каркасу, який не блокує проходження зарядів.
ZrO₂ виконує подвійну функцію. По-перше, змінює поверхневу енергію, тож рідкий прекурсор пероскіту рівномірніше розтікається по підкладці — плівка виходить щільною, з великими зернами й без порожнин. По-друге, локальні цирконієві ділянки створюють ефект поля, який гасить рекомбінацію, тоді як «вільні» ділянки моношару лишаються відкритими для швидкого відведення дірок.
Чому 2,014 В — це важливо
Напруга розімкненого кола прямо відображає, скільки корисної роботи здатний виконати кожен фотон. У тандемах пероскіт/кремній цей показник довго не дотягував до значень, які прогнозувала теорія — саме через втрати на межах шарів. За даними Solar Now (via EurekAlert), сертифікованого рекорду 2,014 В вдалося досягти завдяки одночасному пригніченню рекомбінації й збереженню швидкого транспорту зарядів.
Чемпіонський зразок показав також щільність струму короткого замикання 20,36 мА/см² і коефіцієнт заповнення 83,62% — параметри, які свідчать про якісну електричну поведінку елемента. Спектроскопічні виміри підтвердили механізм: середній час життя носіїв заряду у пероскітній плівці зріс майже вдвічі, з 1,46 до 2,81 мкс.
Що це означає для ринку і для України
Це означає, що з тієї самої площі даху чи ділянки потенційно можна знімати більше електроенергії — критично для країн із дефіцитом місця під сонячні станції.
Для України, де сонячна генерація стала одним із опор відновлюваного сегмента, а домогосподарства масово ставлять панелі під зелений тариф і «сонце-плюс-накопичувач», поява тандемних модулів у перспективі може підняти потужність із тієї самої площі. Важливо, що співавтор дослідження LONGi — один із найбільших виробників сонячних панелей у світі, з досвідом масштабування нових технологій у промислове виробництво. Питання лишається у стабільності: 84% після 2000 годин — це багатообіцяльно, і саме довговічність буде головним викликом для тандемних технологій. Схожі роботи над гнучкими пероскітними батареями та концентраторними модулями підвищеної ефективності показують, що галузь наближається до нової сходинки одночасно з кількох напрямків.
Поширені запитання
Коли такі тандеми з’являться на дахах?
Автори роботи демонструють лабораторний зразок, а LONGi — індустріальний партнер із досвідом масштабування. Терміни комерціалізації залежатимуть від подальших випробувань довговічності й вартості виробництва.
Чим тандем відрізняється від звичайної кремнієвої панелі?
У тандемі два фотоактивні шари: верхній пероскітний поглинає видиме світло, нижній кремнієвий — інфрачервоне. Так із того самого сонячного потоку вдається отримати більше електроенергії, ніж у одношаровому кремнієвому елементі.
Джерела: Solar Now (via EurekAlert)