Команда из берлинского научно-исследовательского института HZB и Центра материаловедения Берлина (Center for the Science of Materials Berlin, CSMB) при Берлинском университете имени Гумбольдта установила новый рекорд для тандемного солнечного элемента. Используя комбинацию полупроводникового слоя CIGS и перовскита, а также несколько оптимизированных промежуточных слоев, команда преобразовала 25,5 % солнечного света в электрическую энергию. Предыдущий рекорд для такого сочетания материалов и клеток такого размера составлял 24,6 %.

Новый рекорд подтвержден и внесен в таблицы эффективности солнечных элементов («Зеленые таблицы») опубликованные в журнале Joule, которые являются официальным реестром для мирового сообщества фотовольтаиков. Для включения в эту специальную «таблицу рекордов» требуется не только высокая эффективность, но и площадь более 1 см². В известной таблице NLR (ранее NREL), напротив, указана только максимальная эффективность для каждой технологии, даже если площадь ячейки составляет 0,001 см².

Чтобы преодолеть предыдущий рубеж в рамках европейского проекта SOLMATES, мы использовали нижние ячейки CIGSe с разной шириной запрещенной зоны (1,05 эВ и 1,1 эВ) и двумя разными толщинами оксидов цинка, легированных алюминием, со схожими характеристиками. Мы также протестировали различные архитектуры ячеек в дополнение к постоянным улучшениям, которых мы добились в рамках предыдущего рекорда,» — говорит доктор Гильермо Фариас Басульто.

Стремясь снизить потери на межфазную рекомбинацию и повысить стабильность устройства, химик Уай Чжан протестировал множество комбинаций оксида никеля (NiOx) и самоорганизующихся монослоев (СОМ) в качестве материала для переноса дырок. Чжан также усовершенствовал процесс электронно-селективного контакта, регулируя начальную скорость термического испарения бакминстерфуллерена (C60) на ультратонком (1 нм) пассивирующем слое фторида лития (LiF).

Площадь ячейки составляет 1,081 см², что, конечно, все еще мало. Однако в рамках проекта SOLMATES исследователи смогли создать мини-модуль с аналогичной многослойной структурой, с КПД около 19,7 % и площадью 2,25 см².

«Физические принципы, заложенные в нашу нынешнюю архитектуру ячеек, позволяют предположить, что показатель в 25,5% — это лишь промежуточный этап, учитывая, что в ходе внутреннего тестирования аналогичных архитектур мы уже достигли эффективности в 27,5%», — считают исследователи