Австралийские инженеры установили мировой рекорд эффективности для нового типа солнечных элементов

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии совершили прорыв в разработке перспективного материала для солнечной энергетики, который может определить будущее фотоэлектрических технологий. Команде удалось установить новый мировой рекорд эффективности для солнечных элементов на основе халькогенида сурьмы, достигнув сертифицированного показателя в 10.7 процента. Этот результат является самым высоким в мире, подтвержденным независимой экспертизой.

Помимо рекордного значения, ученые выявили ключевой химический механизм, лежащий в основе процесса изготовления, что дает важное понимание для ускорения дальнейшего повышения эффективности, снижения стоимости и увеличения срока службы таких элементов. Прогресс в этой технологии был затруднен в течение нескольких лет, и с 2020 года эффективность не поднималась выше 10 процентов. Главным препятствием оказалось неравномерное распределение серы и селена в поглощающем свет слое в процессе производства, что создавало внутренний энергетический барьер и мешало сбору электрического заряда.

Прорыв стал возможен благодаря введению небольшого количества сульфида натрия во время изготовления. Эта добавка стабилизировала химические реакции и привела к более равномерному распределению серы и селена. В результате внутренний барьер уменьшился, и электрические заряды смогли двигаться свободнее, что значительно улучшило производительность. С использованием нового подхода элементы показали эффективность 11.02 процента в лабораторных условиях, а независимо сертифицированный результат составил 10.7 процента.

Халькогенид сурьмы рассматривается как многообещающий кандидат для создания тандемных солнечных элементов — следующего крупного шага в фотоэлектрике. Такие конструкции, объединяющие несколько слоев разных материалов, могут значительно повысить общую эффективность панелей. Этот материал состоит из распространенных и недорогих элементов, обладает высокой стабильностью и сильным светопоглощением, что позволяет создавать очень тонкие слои. Кроме того, его можно наносить при относительно низких температурах, что снижает энергозатраты на производство.

Помимо тандемных панелей, ультратонкий и полупрозрачный халькогенид сурьмы открывает возможности для создания прозрачных солнечных окон, пленок для остекления, а также для питания маломощной электроники в условиях внутреннего освещения, такой как сенсоры, электронные бумажные дисплеи и устройства интернета вещей. Исследователи отмечают, что дальнейшая работа будет сосредоточена на уменьшении дефектов в материале с помощью методов химической пассивации, что, по их мнению, позволит в ближайшем будущем повысить эффективность до 12 процентов.