Австралийские инженеры установили мировой рекорд: новый солнечный элемент достиг КПД 10,7%

Ученые из Австралии добились значительного прорыва в области фотоэлектрических технологий. Исследовательская группа Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) установила новый мировой рекорд эффективности для солнечных элементов на основе халькогенидов сурьмы, достигнув сертифицированного КПД 10,7 % — наивысшего показателя, подтвержденного независимыми лабораториями.

Ключевым результатом работы стало не только достижение рекордной эффективности, но и выявление химического механизма, который долгое время ограничивал развитие этой перспективной технологии. Полученные данные могут существенно ускорить дальнейшее повышение КПД, снизить себестоимость производства и повысить долговечность солнечных элементов нового поколения.

Преодоление барьера эффективности

По мнению исследователей UNSW, следующим крупным этапом развития солнечной энергетики станут тандемные солнечные элементы. Такие конструкции объединяют несколько фотоэлементов в одном устройстве, позволяя каждому слою поглощать разные участки солнечного спектра и вырабатывать больше электроэнергии по сравнению с традиционными кремниевыми панелями.

Одной из ключевых задач остается подбор материала для верхнего слоя, совместимого с кремниевой технологией. Халькогениды сурьмы рассматриваются как один из наиболее перспективных вариантов. Этот материал состоит из доступных и недорогих элементов, не требует редкоземельных компонентов и отличается высокой химической стабильностью.

Дополнительным преимуществом является высокий коэффициент поглощения света — даже тонкий слой материала эффективно улавливает солнечное излучение. Производство таких элементов возможно при относительно низких температурах, что снижает энергозатраты и упрощает масштабирование технологии.

Почему прогресс был остановлен

Несмотря на очевидные преимущества, с 2020 года эффективность солнечных элементов на основе халькогенидов сурьмы не превышала 10 %. Причина оказалась связана с неравномерным распределением серы и селена в процессе формирования светопоглощающего слоя.

Такое распределение создавало внутренний энергетический барьер, препятствующий свободному движению электрических зарядов. В результате значительная часть энергии терялась еще до преобразования в полезное электричество.

Роль сульфида натрия в новом рекорде

Прорыв был достигнут за счет добавления небольшого количества сульфида натрия на этапе производства. Это позволило стабилизировать химические реакции и обеспечить равномерное распределение серы и селена в структуре элемента. Устранение внутреннего барьера значительно улучшило перенос зарядов и повысило общую эффективность.

В лабораторных условиях обновленные солнечные элементы показали КПД 11,02 %, а сертифицированное независимое значение составило 10,7 %. По словам ученых, дальнейшее снижение дефектов возможно с помощью стандартных методов химической пассивации.

Перспективы применения технологии

Помимо тандемных солнечных панелей, халькогениды сурьмы открывают новые возможности для нестандартных применений. Благодаря ультратонкой и полупрозрачной структуре материал подходит для солнечных окон, прозрачных пленок и интеграции в фасады зданий.

Также технология демонстрирует высокую эффективность при работе в условиях слабого освещения, включая искусственный свет. Это делает ее перспективной для питания датчиков, IoT-устройств, электронных бейджей, e-paper дисплеев и другой маломощной электроники.

По словам доктора Чена Цяня, научного сотрудника UNSW, в ближайшие годы команда планирует довести эффективность таких элементов до 12 %, последовательно устраняя оставшиеся технологические ограничения.