Команда исследователей из Университета Сучжоу совместно с политехническим университетом Гонконга создала композитный слой, не содержащий индия. Этот материал использует молекулярный мостик между перовскитом и кремнием для повышения эффективности и долгосрочной стабильности тандемных солнечных элементов.
Преодоление критических барьеров
Исследователи из Университета Сучжоу, возглавляемые профессорами Ян Синьбо и Чжан Сяохун, в сотрудничестве с Политехническим университетом Гонконга и различными партнерами из фотоэлектрической отрасли, разработали такой композитный слой. Он формирует молекулярный мостик между слоями перовскита и кристаллического кремния в тандемных солнечных элементах. Данное достижение решает две серьезные проблемы, стоящие перед тандемными фотоэлементами на основе перовскита и кремния: потери заряда на границе раздела двух материалов и снижение долгосрочной стабильности, которое препятствовало коммерческому внедрению таких архитектур.
Принцип работы молекулярного мостика
Молекулярный мостик функционирует на атомном уровне. Команда из Сучжоу разработала самособирающийся монослой, который химически связывается как с поверхностью перовскита, так и с поверхностью кремния. Это создает непрерывный электронный путь для эффективной транспортировки заряда, одновременно пассивируя дефекты и подавляя безызлучательную рекомбинацию.
Значимость отказа от индия
Отказ от использования индия имеет особое значение. Оксид индия-олова традиционно использовался в качестве прозрачного проводящего слоя в дисплеях и фотоэлектрических устройствах. Однако индий классифицируется как критически важный материал, подверженный рискам концентрации в цепочке поставок и растущим затратам, вызванным спросом со стороны индустрии дисплеев. Новый композитный слой полностью исключает индий, заменяя его более доступными и менее дорогими материалами, которые обеспечивают сравнимую или лучшую оптическую прозрачность и электрическую проводимость. Эта замена устраняет как ценовой барьер для коммерциализации тандемных солнечных элементов, так и риск срыва поставок материала, который беспокоил фотоэлектрическую промышленность.
Перспективы индустриализации
Данное исследование знаменует собой прогресс на пути к индустриализации технологий следующего поколения в области фотоэлектрики. Теоретически, тандемные ячейки перовскит-кремний могут демонстрировать эффективность, превышающую предел Шокли-Квайссера для однопереходных кремниевых ячеек, который составляет около 29%. Лабораторные тандемные ячейки уже превысили 33% КПД, однако перевод этих результатов в коммерчески жизнеспособные продукты требует решения проблем стабильности интерфейса и масштабируемости производства, на которые направлен подход с использованием молекулярного мостика. Работа команды из Сучжоу предполагает, что молекулярная инженерия на границе перовскит-кремний способна одновременно повысить эффективность и срок службы в эксплуатации, устраняя два наиболее критических препятствия на пути к коммерциализации. Модель сотрудничества между университетом и промышленностью ускоряет переход от лабораторных разработок к производству. При успешном масштабировании техника молекулярного мостика может укрепить лидерство Китая в сфере солнечной энергетики, одновременно снижая зависимость от индия.
