Инженеры Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) установили мировой рекорд эффективности для перспективного материала солнечных элементов — халькогенида сурьмы. Разработка может ускорить появление более дешёвых, эффективных и долговечных солнечных панелей нового поколения.
Исследовательская группа UNSW добилась сертифицированной эффективности 10,7% для солнечных элементов на основе халькогенида сурьмы — это лучший подтверждённый результат в мире для данного материала. Работа опубликована в журнале Nature Energy и впервые обеспечила включение халькогенида сурьмы в международные таблицы эффективности солнечных элементов, фиксирующие рекордные достижения в отрасли.
Халькогенид сурьмы рассматривается как один из перспективных материалов для так называемых тандемных солнечных элементов, где несколько слоёв поглощают разные части солнечного спектра, повышая общую выработку электроэнергии. Такие решения считаются ключевым направлением развития солнечной энергетики.
По словам руководителя исследования, профессора Сяоцзин Хао из Школы фотоэлектрической и возобновляемой энергетики UNSW, главная задача отрасли сегодня — найти оптимальный материал для верхнего слоя тандемных элементов в сочетании с кремнием. Халькогенид сурьмы, по её словам, является одним из наиболее многообещающих кандидатов благодаря своим физическим и химическим свойствам.
Материал обладает рядом преимуществ: он состоит из доступных и относительно недорогих элементов, отличается высокой стабильностью, так как является неорганическим, и эффективно поглощает свет даже в сверхтонком слое толщиной около 300 нанометров. Кроме того, его можно наносить при низких температурах, что снижает энергозатраты при производстве и упрощает масштабирование технологии.
Долгое время эффективность халькогенида сурьмы не превышала 10%. Учёные UNSW установили, что ключевой проблемой была неравномерная распределённость серы и селена в структуре материала, что создавало энергетический барьер для переноса заряда. Решением стало добавление небольшого количества сульфида натрия в процессе производства, что стабилизировало химические реакции и улучшило структуру поглощающего слоя.
В лабораторных условиях UNSW новые элементы достигли эффективности 11,02%, а независимая сертификация австралийской научной организации CSIRO подтвердила показатель 10,7%.
Разработчики отмечают, что потенциал материала выходит за рамки классических солнечных панелей. Благодаря ультратонкости, полупрозрачности и высокой двусторонней чувствительности халькогенид сурьмы подходит для «солнечных окон» и других интегрированных решений. Материал также хорошо работает при слабом освещении, что делает его перспективным для питания датчиков, умных устройств и электроники для помещений.
В ближайшие годы команда UNSW планирует сосредоточиться на снижении дефектов материала с помощью химической пассивации. Учёные считают достижимым повышение эффективности до 12% в краткосрочной перспективе.
