Kaneka представляет тандемный солнечный элемент 2T из кремний-перовскита с эффективностью 29,2%
Двухконцевой тандемный перовскитный солнечный элемент компании Kaneka достиг наивысшей эффективности, когда-либо зарегистрированной для такого устройства на основе промышленной кремниевой пластины Чохральского (CZ). Он имеет напряжение разомкнутой цепи 1,929 В, плотность тока короткого замыкания 19,5 мА см-2 и коэффициент заполнения 77,55%.
Японская химическая компания Kaneka разработала двухтерминальный (2T) перовскит-кристаллический тандемный солнечный элемент, используя промышленную кремниевую пластину Чохральского (CZ) толщиной 145 мкм.
Исследователи компании создали ячейку с промежуточным антиотражающим слоем на основе так называемых «мягких текстурированных структур», которые были нанесены на лицевую сторону дна. Как сообщается, это позволяет значительно улучшить типичные эффекты удержания света в тандемных устройствах перовскит — кремний.
«Технология управления светом является обязательной для полного использования широкого диапазона солнечного спектра в солнечном элементе, особенно для тандемной структуры 2T, поскольку верхний и нижний элементы электрически соединены последовательно и должны удовлетворять ограничениям согласования токов, при котором соответствующие токи в рабочей точке выравниваются до определенной степени», — говорят они. «Из-за большой разницы в показателях преломления между перовскитом и кристаллическим кремнием (c-Si) оптимизированный промежуточный слой, как показано на рисунке, действует как антибликовое покрытие для подавления потерь на отражение инфракрасного света, который используется в нижней ячейке».
Компания контролировала морфологию пологой текстуры с обеих сторон пластины с помощью химического травления. С помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) она сравнила производительность двух поглотителей с пологой структурой с аналогичными устройствами без структуры.
«Благодаря применению пологой структуры плотность фототока кремниевой нижней ячейки увеличивается более чем на 2% по сравнению с эталонной», — пояснили в компании.
Компания изготовила верхнюю ячейку с подложкой из оксида индия-олова (ITO), электронно-транспортным слоем из бакминстерфуллерена (C60), пассивирующим слоем, перовскитовым поглотителем, самособирающимся монослоем, промежуточным слоем на основе ITO и микрокристаллического оксида кремния (μc-SiOx). Затем была изготовлена нижняя ячейка с n-допированным слоем аморфного кремния (a-n:Si), несколькими слоями кремния, обработанными с помощью различных процессов, и нижним контактом из ITO и серебра (Ag).
«Пассивирующий слой был внедрен между C60 и слоем перовскита, а толщина пластин c-Si и верхнего слоя ITO в этой работе была уменьшена», — пояснили в компании. «После нанесения пассивирующего слоя, C 60 последовательно термически испарялся на перовскитовой пленке».
Тандемное устройство достигло эффективности преобразования энергии 29,2%, напряжения разомкнутой цепи 1,929 В, плотности тока короткого замыкания 19,5 мА см-2 и коэффициента заполнения 77,55%. Результат, подтвержденный Fraunhofer ISE Callab, превосходит КПД 28,3%, достигнутый ранее компанией Kaneka для устройства с такой же архитектурой, при этом основными отличиями были пассивирующий слой и толщина пластины.
«Это самая высокая сертифицированная эффективность преобразования энергии для тандемных солнечных элементов 2T на основе перовскита и кремния с использованием пластин CZ, насколько нам известно», — заявили в компании, отметив, что в настоящее время они рассматривают возможность перехода на четырехтерминальную (T4) технологию.
Компания представила новую ячейку в статье «Высокоэффективные тандемные солнечные элементы на основе перовскита/гетероперехода кристаллического кремния: к созданию ячеек и модулей промышленного размера», которая была недавно опубликована в японском журнале прикладной физики.
В прошлом Канела разработала второй по эффективности солнечный элемент на основе кристаллического кремния — солнечный элемент из кристаллического кремния с эффективностью 26,63%, использующий технологию гетероперехода и обратного контакта.