Простое и дешевое производство солнечных батарей

Источник: phys.org

За последние четыре года, солнечные элементы из перовскита, очень быстро растут в эффективности. В 2009 году первый элемент на основе перовскита обладал эффективностью всего в 3%, а теперь она уже достигла 15%. Ученые из Университета Оксфорда (Великобритания) выяснили, что секрет успеха материала — в диффузионной длине. Также исследователи нашли способ увеличения этого параметра в 10 раз. Как поясняет руководитель проекта Сэм Странкс, длина диффузии определяет, какой толщины может быть фотоэлектрическая пленка. Если длина диффузии слишком мала, можно использовать только тонкие пленки, в итоге солнечный элемент поглощает меньше солнечного света. Фотоэлементы изготавливаются из двух видов полупроводниковых материалов — p-типа и n-типа. Они содержат положительно заряженные «дырки» и отрицательно заряженные электроны соответственно. Оба типа заряженных частиц встречаются в переходной области, где разница в заряде создает электрическое поле.

В солнечных элементах электричество возникает, когда частицы света (фотоны) сталкиваются с электронами. Это приводит к созданию «возбужденных» электронов и «дырок», которые направляются электрическим полем p–n — перехода к соответствующим электродам. Диффузионная длина — это среднее расстояние, которое могут пройти носители заряда, прежде чем они рекомбинируют. Если длина диффузии меньше толщины солнечного элемента, большая часть носителей заряда рекомбинирует еще до того, как достигнет электродов. В итоге величина полученных токов будет очень низкой. Чтобы собрать все заряженные частицы, нужно чтобы диффузионная длина в 2-3 раза превышала толщину материала. Ученые пробовали обойти эту проблему раньше, создавая сложные мезоструктуры (в том числе и из перовскита). Но изготовление таких элементов слишком сложное и дорогое, поэтому технология так и не получила коммерческого внедрения.

Г-н Странкс и его коллеги выяснили, что можно увеличить диффузионную длину перовскита со 100 нм до 1000 нм за счет добавления в полупроводниковую смесь ионов хлорида. Такие улучшенные элементы могут достигать 15% эффективности без необходимости создания мезоструктур. Как отмечает г-н Странкс, возможность создания простых плоских элементов с 15%-й эффективностью значит очень много. Его команда для научных целей создала сотни элементов, без особых усилий, так как это очень легкий процесс. Вполне возможно, что потенциал материала позволит достичь и больших показателей — до 20-30% эффективности. Как ожидают исследователи, перовскитные элементы будут внедрены в производство в течение ближайших лет. Они весьма дешевые (намного дешевле кремниевых), эффективные, а также полупрозрачные. Их цвет можно легко отрегулировать, в итоге возможно создание эстетичных и экономичных оконных блоков — солнечных батарей.