Молекулярні контакти підвищують ефективність тандемних сонячних елементів до 31.4 відсотка

Новий ривок у перовскіт-силіконових сонячних елементах: підвищена ефективність завдяки молекулярним контактам

Не так давно дослідники з Мюнхена спільно з міжнародними партнерами зуміли підвищити ефективність перовскіт-силіконових Tandem сонячних елементів до 31,4%. Ця значуща подія стала можливою завдяки налаштуванню молекулярних контактів на інтерфейсі між шарами поглинача та збору зарядів. Результати дослідження були опубліковані в журналі Joule, де команда підкреслює, що Tandem-елемент був виготовлений у регіоні Мюнхена на кристалічних силіконових нижніх елементах, які представляють промислові пристрої.

Цьому процесу сприяли вчені з Людвіг-Maximilians-Університету Мюнхена (LMU), Південного університету науки та технології (SUSTech) у Шеньчжені, Міського університету Гонконгу та Університету наук і технологій короля Абдалли (KAUST) у Саудівській Аравії. Тандемні елементи ділять сонячний спектр між двома поглиначами, коли верхній перовскітовий елемент захоплює високоенергетичне синє світло, а нижній силіконовий перетворює червону частину спектра.

Використання різних зонних щілин для підвищення ефективності

Завдяки використанню двох матеріалів із різними зонними щілинами, ці Tandem-структури здатні перетворювати більшу частину падаючого сонячного світла в електрику у порівнянні з традиційними одношаровими силіконовими елементами. Продуктивність у значній мірі залежить від інтерфейсів, на яких заряджені частинки повинні витягуватися з мінімальними втратами рекомбінації. Центральним компонентом цієї архітектури є самозібрана монолAYER (SAM) — ультратонкий молекулярний контакт всього кілька нанометрів завтовшки.

Цей SAM сприяє транспорту зарядів від перовскіту до підлеглих шарів збору зарядів. Проте на пірамідально текстурованих силіконових поверхнях звичні молекули SAM з простими алкільними ланцюгами можуть нерівномірно розташовуватись, що знижує ефективність пристрою.

Налаштування молекул для покращення збору зарядів

Щоб вирішити цю проблему, дослідники синтезували молекулу, спеціально розроблену для текстурованих поверхонь, що дозволяє досягти більш рівномірного покриття та стабільного електронного контакту. Така налаштована молекулярна структура підвищує ефективність транспортування зарядів через інтерфейс, створюючи міцніше з’єднання між перовскітовими та силіконовими компонентами.

Під час деталізованого аналізу хімії інтерфейсу команда виявила, що в комерційно доступному прекурсорі SAM були сліди домішок бром. Ці бромовані сполуки виявилися корисними, тому що