Австралийские ученые из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) добились значительного прогресса в создании инновационного материала для солнечной энергетики, который может кардинально изменить фотоэлектрические технологии. Специалистам удалось зафиксировать новый мировой рекорд эффективности для солнечных элементов, изготовленных из халькогенида сурьмы, получив сертифицированный показатель в 10,7 процента. Эта отметка является наивысшей в мире и подтверждена независимой проверкой.
Ученые не только зафиксировали беспрецедентный результат, но и определили основной химический механизм, определяющий процесс производства. Это открытие дает ценные сведения, необходимые для ускорения развития технологии, снижения затрат и увеличения долговечности данных компонентов. Прогресс в этой области был замедлен в течение нескольких лет, и с 2020 года эффективность не превышала 10 процентов. Основной проблемой являлось неоднородное распределение серы и селена в слое, поглощающем свет, во время производства, что приводило к возникновению внутреннего энергетического барьера и препятствовало накоплению электрического заряда.
Благодаря добавлению небольшого количества сульфида натрия в процессе производства, был достигнут значительный прогресс. Эта добавка обеспечила стабилизацию химических реакций и способствовала более равномерному распределению серы и селена. Это привело к снижению внутреннего барьера, что позволило электрическим зарядам перемещаться с большей свободой и, как следствие, значительно повысило производительность. Применение новой методики позволило достичь эффективности элементов в 11,02 процента в лабораторных условиях, а независимая сертификация подтвердила результат в 10,7 процента.
Халькогенид сурьмы представляет собой перспективный материал для разработки тандемных солнечных элементов, которые являются следующим важным этапом в развитии фотоэлектрических технологий. Тандемные конструкции, объединяющие несколько слоев, изготовленных из различных материалов, способны существенно увеличить общую эффективность солнечных панелей. Этот материал включает в себя широкодоступные и экономичные компоненты, отличается высокой стабильностью и интенсивным поглощением света, что позволяет создавать очень тонкие слои. Также его можно наносить при умеренных температурах, что уменьшает затраты энергии на производство.
Помимо тандемных панелей, ультратонкий и полупрозрачный халькогенид сурьмы позволяет создавать прозрачные солнечные окна, пленки для остекления, а также использовать для питания маломощной электроники при внутреннем освещении, например, для сенсоров, электронных дисплеев и устройств интернета вещей. Ученые сообщают, что в дальнейшем планируется работа над снижением дефектов в материале с помощью химической пассивации, что, по их мнению, позволит в скором времени увеличить эффективность до 12 процентов.