Солнечные батареи – отличные инструменты возобновляемой энергии, которые используют солнечный свет для подачи электрического тока для получения энергии. Они использовались для электроснабжения домов с 1980-х годов, и с тех пор их производительность и стоимость производства значительно улучшились. Самые распространенные солнечные элементы на основе кремния хорошо работают долгое время.
Они сохраняют более 80% своей функциональности даже через 25 лет. Однако КПД – i.е., сколько поступающего солнечного света преобразуется в электроэнергию – кремниевых солнечных элементов промышленного масштаба в настоящее время составляет всего около 20%.
Максимальное повышение эффективности преобразования энергии солнечных элементов повысит их конкурентоспособность по сравнению с ископаемым топливом и поможет оптимизировать их в качестве устойчивого источника энергии. Исследователи интенсивно сосредоточились на альтернативе кремнию: перовскитным материалам для повышения эффективности солнечных элементов.
Конструкции, основанные на таких материалах, должны отвечать определенным требованиям, таким как простота изготовления в больших масштабах, и минимизировать отраженное – i.е., впустую – свет.
В недавнем исследовании, опубликованном в Nano-Micro Letters, исследователи из Университета Канадзавы применили тонкую пленку оксида металла – воспроизводимую, однородную и компактную – на перовскитном солнечном элементе. Исследователи использовали комбинацию лабораторных и вычислительных исследований, чтобы справедливо оценить производительность своих солнечных элементов.
«Мы использовали распылительный пиролиз, чтобы нанести передний контактный слой из диоксида титана на перовскитовый солнечный элемент», – объясняет Md. Шахидуззаман, ведущий автор и автор-корреспондент. "Этот метод осаждения широко используется в промышленности для крупномасштабных приложений."
Найдя оптимальную толщину переднего контактного слоя, исследователи измерили эффективность преобразования энергии 16.6%, при типичных условиях солнечного света. Как уже упоминалось, это не так хорошо, как коммерческие солнечные элементы на основе кремния.
Тем не менее, электромагнитное моделирование было мощным инструментом для прогнозирования возможного предела эффективности преобразования энергии путем оптимизации конкретных параметров.
«Вычислительное моделирование предполагает, что эффективность преобразования энергии тандемных солнечных элементов перовскит / перовскит может превышать 30% за счет многослойного фронтального контакта», – говорит Md. Шахидуззаман, ведущий автор и автор-корреспондент. "Это близко к теоретическому пределу эффективности кремниевых солнечных элементов."
Остаются дополнительные проблемы.
Например, должна быть четкая демонстрация того, что солнечные элементы исследователей продолжают работать как минимум до тех пор, пока их аналоги на основе кремния. Кроме того, солнечные элементы из перовскита частично основаны на свинце, высокотоксичном металле. В идеале должен существовать четкий протокол утилизации устройств вместо простой и опасной утилизации.
Шахидуззаман надеется, что такие технические проблемы можно преодолеть с помощью целенаправленных исследовательских усилий.