Новый метод нанесения прозрачных электродов c оксидом индия-олова на солнечные батареи из перовскита предложили ученые из Университета МИСИС в составе научного коллектива. По мнению авторов, разработка повысит эффективность работы солнечных элементов и позволит делать их полупрозрачными. Исследование опубликовано в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.
Задачу создать новый тип солнечных батарей, которые будут не только генерировать электричество, но и пропускать свет, поставили перед собой ученые Университета науки и технологий МИСИС (НИТУ МИСИС). Для этого солнечные элементы должны быть сделаны из одного из видов искусственного кристаллического материала перовскита, а для их работы требуются специальные прозрачные электроды, которые должны хорошо проводить электричество.
Сегодня в промышленности для таких целей используют оксид индия-олова, который наносят на перовскитные солнечные элементы методом магнетронного напыления. Однако, как рассказали в университете, этот метод не подходит для создания высокоэффективных батарей. Нанесенный таким способом оксид индия-олова имеет много дефектов и не обладает нужными свойствами. Кроме того, во время магнетронного напыления перовскит и другие слои батареи повреждаются. Из-за этих проблем КПД солнечных батарей получается низким.
Ученые НИТУ МИСИС разработали способ нанесения оксида индия-олова при помощи ионно-лучевого напыления. По их мнению, он позволяет получить оксид индия-олова с нужными свойствами без использования высоких температур и без повреждения других слоев батареи.
Исследователи изготовили полупрозрачные солнечные элементы и показали, что применение ионно-лучевого напыления привело к увеличению КПД с 3,12 % (образец с оксидом индия-олова, нанесенным магнетронным распылением) до 12,65 % для образца, полученного ионно-лучевым напылением.
"Наша разработка поможет создать два типа солнечных элементов: тандемных и полупрозрачных, которые можно встраивать в окна домов", — рассказал инженер Лаборатории перспективной солнечной энергетики [L.A.S.E] НИТУ МИСИС Лев Лучников.
По его словам, тандемные солнечные элементы представляют собой многослойную фотовольтаическую структуру, в которой два или более фотоактивных материала соединены последовательно, чтобы более эффективно использовать солнечный свет за счет увеличения спектральной ширины поглощения излучения.
Полупрозрачные солнечные элементы, помимо генерации электричества, способны пропускать видимый свет. Исследователи полагают, что это свойство позволит архитекторам и дизайнерам встраивать солнечные элементы в окна, фасады и другие элементы конструкции зданий самыми разными способами.
Преимущество нового метода, по мнению создателей, заключается в его более низкой себестоимости, тогда как другие методы нанесения ITO на солнечные элементы (магнетронное напыление с низкой скоростью или использование графеновых электродов и металлических нанопроволочек) делают батареи более дорогими и требуют больше материалов и времени для изготовления.
В работе участвовали ученые из НИТУ МИСИС, Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Сколтеха, Римского центра гибридной и органической солнечной энергии, Туринского университета.
Исследование проведено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России в рамках программы "Приоритет-2030".
В ближайшее время ученые продолжат разрабатывать тандемные солнечные элементы на основе перовскита и кремния.
