В Швейцарии создали гибкую солнечную ячейку с рекордным КПД

Солнечные ячейки из гибких материалов позволят покрывать генерирующей поверхностью структуры любой формы, что значительно расширит сферу использования солнечных панелей. Кроме того, производство рулонным способом значительно удешевит выпуск панелей. Гибкие панели уже существуют, но их КПД оставлял желать лучшего. Но теперь вплотную к решению этой проблемы подошли учёные из Швейцарии.

Исследователи из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологии (EMPA) представили гибкий солнечный элемент на основе так называемого CIGS-соединения с рекордной эффективностью 21,38 %. Предыдущее достижение учёных — это CIGS-ячейка с КПД 20,8 %. Разница представляется небольшой, но швейцарцы свыше двух десятков лет упорно движутся вперёд.

Самая первая ячейка CIGS из соединения меди, индия, галлия и селена была создана в EMPA в 1999 году и обладала КПД на уровне 12,8 %. В 2005 году учёные подняли эффективность ячейки до 14,1 %, а ещё через пять лет — до 17,6 %. В 2011 году КПД удалось увеличить до 18,7 % и 20,4 % в 2013 году. Ещё спустя 6 лет КПД смогли увеличить до 20,8 %. Долгий путь, который сегодня приблизил эффективность CIGS-ячеек к показателям лучших массовых кремниевых (кристаллических) панелей.

Очередной шаг вперёд произошёл благодаря совершенствованию технологии низкотемпературного совместного испарения материалов для выращивания полупроводниковой пленки поверх тонкого полимерного слоя. Новая настройка состава плёнки и щелочных легирующих добавок позволила ещё немного улучшить эффективность гибкого фотоэлектрического элемента, что было подтверждено независимым тестированием, проведённым учёными из немецкого Института солнечных энергетических систем Фраунгофера.

Новый элемент сохранял КПД 21,38 % неизменным в течение нескольких месяцев тестирования, что представляется хорошим доказательством надёжности технологии, хотя о коммерческом производстве речь пока не идёт и вряд ли это вопрос ближайшего времени.

Добавим, ячейки CIGS хорошо показали себя также в тандемных парах с другими фотоэлектрическими элементами. Например, команда из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Helmholtz Zentrum Berlin, HZB) создала солнечный элемент с КПД 24,16 %. Их ячейка состояла из слоя CIGS и перовскита. Один слой преобразовывал энергию инфракрасного излучения, а второй ― видимого.