Тандемные солнечные элементы различных конфигураций сегодня входят в повестку дня многих исследовательских групп по всему миру. Технология интересна и перспективна, так как она стремится преодолеть ограничения для эффективности одной ячейки. Кроме того, при производстве тонкопленочных тандемных солнечных элементов можно использовать гибкие подложки, что позволяет использовать интересные решения для современных технологий и дизайнерских приложений.

Тандемный солнечный элемент, разработанный группой физиков в Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Германия, объединяет перовскит и медь-индий-галлий-селенид (CIGS). Контактные слои между этими двумя полупроводниками состоят из органических молекул на основе карбазола , функционализированных группами фосфоновой кислоты, которые превращаются в так называемые самоорганизующиеся монослои (SAM).

Материалы, используемые для SAM, были разработаны группой исследователей из Каунасского технологического университета (KTU), Литва. Химики KTU синтезировали молекулы, собранные в монослои, которые могут равномерно покрывать любую поверхность, включая шероховатые поверхности солнечных элементов CIGS.

«Обычно проблема с изготовлением тандемов перовскит-CIGS заключается в шероховатой поверхности нижней ячейки, которую трудно покрыть равномерно обычными процессами на основе раствора. Наш метод позволяет формировать электродный слой толщиной 1-2 нм, покрывая вся поверхность. Это рентабельный и эффективный процесс – молекулы осаждаются на поверхности из разбавленных растворов и образуется селективный слой толщиной в толщину », – объясняет к.т.н. Артем Магомедов. студентка КТУ, один из авторов изобретения.

Используемые материалы поразительно просты и надежны, что также позволяет масштабировать их до промышленного уровня.

Команда химиков КТУ изучает использование самоорганизующихся молекул для формирования электродного слоя в течение нескольких лет. Этот материал, синтезированный в КТУ, был применен физиками ГЦБ для изготовления функционирующего солнечного элемента, имеющего только однослойный селективный контакт. Они могли бы производить монолитные тандемные солнечные элементы из перовскита и CIGS, которые достигли официально сертифицированной эффективности 23,26%, что в настоящее время является мировым рекордом. Тандемная ячейка имеет активную площадь в один квадратный сантиметр и, таким образом, достигает другого рубежа, поскольку тандемные ячейки CIGS перовскита до настоящего времени были значительно меньше.

«Тонкопленочные тандемные солнечные элементы – это будущее солнечной энергии, поскольку они дешевле и потенциально гораздо более эффективны. Пределы эффективности используемых в настоящее время коммерчески доступных солнечных элементов на основе кремния насыщают. Кроме того, ресурсы кремния становятся недостаточными, и это извлекать элемент становится все дороже », – говорит профессор Витаутас Гетаутис, глава исследовательской группы KTU, разработавшей изобретение.

Профессор Стив Альбрехт из HZB проф. Стив Альбрехт из Марселя, Франция, 11 сентября 2019 г. представил в Марселе, Франция, на всемирной конференции и выставке фотоэлектрической энергии и солнечной энергии, посвященной новым мировым рекордам, тандемную солнечную батарею. Два патента были поданы на слои клеток .