Пирамиды кремния и магия перовскита: энергия нового поколения
Учёные из международной группы сделали шаг, который может серьёзно ускорить переход фотоэлектрической отрасли к новому поколению солнечных элементов. Им удалось решить проблему пассивации перовскитного слоя в тандемных ячейках с текстурированным кремниевым основанием — а именно такой формат уже давно принят как стандарт в промышленности.
Тандемные элементы: почему это важно
Классические кремниевые солнечные панели близки к пределу своей эффективности — около 29,4%. Дальнейший прогресс возможен только за счёт новых архитектур. Одной из таких технологий стали тандемные ячейки: сверху наносится слой перовскита, а снизу используется проверенный кремний. Перовскит лучше поглощает видимую часть спектра, а кремний — ближний инфракрасный диапазон. В сумме это позволяет значительно повысить общий КПД.
Использование стандартных кремниевых ячеек в качестве основы упрощает масштабное производство: технологии их выпуска отработаны, а себестоимость снижается за счёт уже существующих линий. Но именно текстурированная поверхность с пирамидальными структурами, которая повышает эффективность кремния, до сих пор мешала равномерно наносить и пассивировать перовскитный слой.
Научный прорыв
Результаты экспериментов оказались настолько значимыми, что сами исследователи подчеркнули их уникальность и отличие от предыдущих попыток.
"До сих пор эффективная пассивация не применялась в полной мере в текстурированных тандемных ячейках. Ранее успех был ограничен в основном плоскими структурами. Но нам удалось достичь отличной пассивации, нанеся дигидроиодид 1,3-диаминопропана на неровную перовскитную поверхность", — сказал научный сотрудник Fraunhofer ISE Уссама Эр-Раджи.
Благодаря этому решению тандемные элементы показали рекордные показатели: КПД до 33,1% и напряжение холостого хода 2,01 В.
Чем отличаются перовскитные ячейки
В отличие от кремниевых, где пассивация в основном воздействует на поверхность, перовскитные элементы реагируют по-другому. Здесь улучшается вся толща слоя, что ведёт к лучшей проводимости и повышению заполняющего фактора. Такой эффект открывает принципиально новые возможности для инженерии солнечных элементов.
База для будущих исследований
Учёные отмечают, что полученные данные открывают новые перспективы для фундаментальных работ в области фотоэлектрики.
"Это открытие закладывает прочную научную основу для всех будущих исследований в этой области", — отметил профессор Стефан Де Вулф.
По его словам, новый подход позволит глубже понять процессы преобразования света в электричество и, как следствие, даст возможность создавать более эффективные тандемные решения.
Влияние на индустрию
Новые результаты имеют не только научное, но и прикладное значение. Для солнечной энергетики вопрос пассивации — ключевой фактор, от которого зависит срок службы и эффективность панелей. Именно поэтому открытие вызвало большой интерес среди экспертов.
"Пассивация поверхности солнечных ячеек — это не просто дополнительная функция, а важнейший фактор повышения их эффективности и стабильности", — добавил профессор Стефан Глунц.
Эксперт подчеркнул: именно благодаря пассивации кремниевые элементы достигли высоких КПД в промышленности. Теперь аналогичный путь открывается и для тандемных технологий на основе перовскита.
Научная публикация и проекты
Исследование вышло в журнале Science 4 сентября 2025 года под названием Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon. Среди авторов — Oussama Er-raji, Christoph Messmer, Rakesh R. Pradhan, Oliver Fischer и другие.
Работа продолжает исследования в рамках проектов MaNiTU, PrEsto и Perle, финансируемых Федеральным министерством экономики и энергетики Германии.
