Австралійські інженери встановили світовий рекорд: новий сонячний елемент досяг ККД 10,7%

Вчені з Австралії досягли значного прориву в галузі фотоелектричних технологій. Дослідницька група Університету Нового Південного Уельсу (UNSW) встановила новий світовий рекорд ефективності для сонячних елементів на основі халькогенідів сурми, досягнувши сертифікованого ККД 10,7% - Найвищого показника, підтвердженого незалежними лабораторіями.

Ключовим результатом роботи стало не лише досягнення рекордної ефективності, а й виявлення хімічного механізму, що тривалий час обмежував розвиток цієї перспективної технології. Отримані дані можуть суттєво прискорити подальше підвищення ККД, знизити собівартість виробництва та підвищити довговічність сонячних елементів нового покоління.

Подолання бар'єру ефективності

На думку дослідників UNSW, наступним великим етапом розвитку сонячної енергетики стануть тандемні сонячні елементи. Такі конструкції об'єднують кілька фотоелементів в одному пристрої, дозволяючи кожному шару поглинати різні ділянки сонячного спектру та виробляти більше електроенергії, порівняно з традиційними кремнієвими панелями.

Одним із ключових завдань залишається підбір матеріалу для верхнього шару, сумісного із кремнієвою технологією. Халькогеніди сурми розглядаються як один із найперспективніших варіантів. Цей матеріал складається з доступних і недорогих елементів, що не вимагає рідкісноземельних компонентів і відрізняється високою хімічною стабільністю.

Додатковою перевагою є високий коефіцієнт поглинання світла навіть тонкий шар матеріалу ефективно вловлює сонячне випромінювання. Виробництво таких елементів можливе за відносно низьких температур, що знижує енерговитрати та спрощує масштабування технології.

Чому прогрес було зупинено

Незважаючи на очевидні переваги, з 2020 року ефективність сонячних елементів на основі халькогенідів сурми не перевищувала 10%. Причина виявилася пов'язана з нерівномірним розподілом сірки та селену в процесі формування світлопоглинаючого шару.

Такий розподіл створював внутрішній енергетичний бар'єр, що перешкоджає вільному руху електричних зарядів. В результаті значна частина енергії губилася ще до перетворення на корисну електрику.

Роль сульфіду натрію у новому рекорді

Прорив було досягнуто за рахунок додавання невеликої кількості сульфіду натрію на етапі виробництва. Це дозволило стабілізувати хімічні реакції та забезпечити рівномірний розподіл сірки та селену у структурі елемента. Усунення внутрішнього бар'єру значно покращило перенесення зарядів та підвищило загальну ефективність.

У лабораторних умовах оновлені сонячні елементи показали ККД 11,02 %, а сертифіковане незалежне значення становило 10,7%. За словами вчених, подальше зниження дефектів можливе за допомогою стандартних методів хімічної пасивації.

Перспективи застосування технології

Окрім тандемних сонячних панелей, халькогеніди сурми відкривають нові можливості для нестандартних застосувань. Завдяки ультратонкій та напівпрозорій структурі матеріал підходить для сонячних вікон, прозорі плівки та інтеграції в фасади будівель.

Також технологія демонструє високу ефективність при роботі за умов слабкого освітлення, включаючи штучне світло. Це робить її перспективною для живлення датчиків, IoT-пристроїв, електронних бейджів, e-paper дисплеїв та іншої малопотужної електроніки.

За словами доктора Чена Цяня, наукового співробітника UNSW, найближчими роками команда планує довести ефективність таких елементів до 12%, послідовно усуваючи технологічні обмеження, що залишилися.