Графен‑оксид в солнечном модуле: 27,3% эффективности
Обзор
Тройной перовскитный элемент с двойным слоем графен‑оксид/SAM достиг рекордных 27,3 % эффективности – это мировой максимум для многослойных перовскитных ячеек. Исследование провели Университет Потсдама (Германия) и Empa (Швейцария) и опубликовали его в журнале Joule. Учёные предложили двухслойную схему соединения, которая уменьшает потери заряда и повышает стабильность.
Как работает слой GO/SAM?
- SAM‑слои (одномолекулярные самособирающиеся монослои) сейчас используют как дыропроводящие покрытия с минимальным оптическим поглощением, но точно контролировать их толщину и плотность сложно.
- Команда обнаружила, что SAM‑слои на основе карбозола (MeO‑2PACz) вызывают значительные ионные потери, что снижает открытое напряжение (VOC).
- Добавление графен‑оксид (GO) перед SAM создаёт сильное взаимодействие между кислородными группами GO и фосфорными группами MeO‑2PACz, обеспечивая более равномерное покрытие ITO и уменьшая дефекты на границе.
- В результате получаем поверхность с однородной морфологией, кристаллическую ориентацию перовскита и меньше дефектов, что ускоряет транспорт зарядов.
Улучшенные показатели
- Тройной элемент состоит из трёх субячейк:
- Верхняя субячейка – полупроводник с шириной запрещённой зоны 2,00 eV, соединение ITO/NiOx/SAM.
- Средняя субячейка – промежуточный слой 1,55‑1,60 eV с C60/SnOx.
- Нижняя субячейка – низкоэнергетический слой 1,25 eV с медной задней электродой.
- Внедрение слоя GO/SAM подняло PCE с 23,6 % до 25,1 % только за счёт улучшения соединения ITO/рекомбинационного слоя, а оптимизация средней субячейки довела эффективность до рекордных 27,3 %.
- Стабильность также возросла: после 770 ч непрерывного солнечного облучения элемент сохранил 90 % начального PCE, тогда как ячейки с PEDOT:PSS деградировали быстрее.
Что это значит для Израиля?
Исходя из израильского рынка (тариф производства электроэнергии для жилых домов ~₪0,48/kWh, стоимость установки ~₪3 150/kWp), солнечный модуль с 27,3 % эффективностью способен генерировать около 1 700 kWh на каждый kWp в год при среднем солнечном излучении центральной части страны. Для домашней солнечной системы мощностью 10 kWp в центре Израиля годовая выработка составит примерно 17 000 kWh, что эквивалентно экономии ~₪8 160 в год. Стоимость установки такой системы будет около ₪31 500, а простой срок окупаемости — примерно 3,9 года, сравнимый с традиционными солнечными панелями. Кроме того, экономия CO₂ составляет около 0,5 kg на каждый kWh, что уменьшит углеродный след на ~8,5 т в год – эквивалентно посадке около 425 деревьев.
Взгляд в будущее
Исследователи отмечают, что дальнейшее снижение сопротивления транспорта и улучшение энергетической согласованности могут поднять эффективность многослойных перовскитных ячеек выше 30 % в ближайшие годы. При условии, что производство останется конкурентоспособным по цене, ожидается широкое внедрение перовскитных модулей в домашние солнечные системы и в коммунальные проекты в Израиле, что существенно поможет достичь цели 30 % энергии из возобновляемых источников к 2030 году.
Статья основана на публикации в Joule командой Университета Потсдама и Empa, а также на анализах PV‑Magazine.
Частые вопросы
Какова максимальная эффективность тройного перовскитного элемента?
27,3 % – зафиксировано в лабораторных испытаниях с двойным слоем GO/SAM.
Как долго элемент сохраняет 90 % начального PCE?
770 часов непрерывного солнечного облучения.
Как двойной слой влияет на эффективность?
GO обеспечивает более равномерное покрытие SAM, снижает дефекты интерфейса и ионные потери, повышая PCE с 23,6 % до 25,1 % и далее до 27,3 %.
Какой экономический эффект домашней системы 10 kWp в Израиле?
Годовая выработка ~17 000 kWh (~₪8 160), стоимость установки ~₪31 500, окупаемость ~3,9 года.
Готова ли технология к коммерческому внедрению?
Исследование показывает высокий потенциал, но требуется масштабное производство для снижения стоимости.
Поделиться статьёй
Ещё в категории Исследования
6
Солнечная энергия: жара убивает до 90 %
Иберийские жаркие волны могут сократить выработку ФВ‑установок до 90 % за час и до 17,6 % в сутки – предупреждение, что экстремальная жара, а не её длительность, приводит к самым большим потерям эффективности солнечной энергии.
Переработка солнечных панелей: стоимость
Учёные подтвердили, что все основные компоненты солнечных панелей можно переработать, но серные покрытия алюминия, стекло с сурьмой и снижение содержания серебра угрожают экономике масштабной переработки.
Эль-Ниньо поднимет солнечную энергию в 2026
Усиленный Эль‑Ниньо поднимет солнечную радиацию выше нормы во второй половине 2026 г., особенно в Юго‑Восточной Азии и центрально‑западной Европе, с ростом до 5 % в части Европы.
Лазерные контакты: TOPCon 26 % эффективности
Пикосекундный лазер и KOH‑этч создают поликристаллические контакты, снижают паразитные потери и повышают эффективность TOPCon‑ячейки до 26.08 %, что может сократить срок окупаемости израильской солнечной системы.
Калибровка больших тандемных панелей для Израиля
ISFH из Германии теперь предлагает калибровку больших перовскит‑кремниевых тандемных ячеек до пластин 210 мм, что может ускорить появление высокоэффективных модулей на израильских крышах.
Кибер‑защита солнечных электростанций: экономия
Двухэтапный метод оценки состояния (EC‑WLSE + EC‑SHGME) обнаруживает до 95 % сложных атак подмены данных в крупных солнечных парках, предлагая лёгкий и безаппаратный кибер‑щит.