Тандемные ячейки объединяют два разных полупроводника, которые преобразуют разные части светового спектра в электрическую энергию. Металлогалогенидные соединения перовскита в основном используют видимую часть спектра, в то время как полупроводники CIGS преобразуют скорее инфракрасный свет. Ячейки CIGS, состоящие из меди, индия, галлия и селена, можно наносить в виде тонких пленок общей толщиной всего 3-4 микрометра; слои перовскита даже намного тоньше и составляют 0,5 микрометра. Таким образом, новый тандемный солнечный элемент из CIGS и перовскита имеет толщину значительно менее 5 микрометров, что позволяет производить гибкие солнечные модули.
«Эта комбинация также чрезвычайно мала по весу и устойчива к облучению и может быть подходящей для применения в спутниковых технологиях в космосе», - говорит профессор, доктор Стив Альбрехт, HZB. Эти результаты, полученные в большом сотрудничестве, были только что опубликованы в журнале JOULE.
«На этот раз мы соединили нижнюю ячейку (CIGS) напрямую с верхней ячейкой (перовскит), так что тандемная ячейка имеет только два электрических контакта, так называемые клеммы», - объясняет доктор Кристиан Кауфманн из PVcomB в HZB, который вместе со своей командой разработал нижнюю ячейку CIGS, и добавляет: «В частности, введение рубидия значительно улучшило абсорбирующий материал CIGS».
Альбрехт и его команда нанесли в лаборатории HySPRINT в HZB слой перовскита непосредственно на необработанный слой CIGS. «Мы использовали трюк, который разработали ранее», - объясняет бывший постдоктор из группы Альбрехта доктор Марко Йошт, который сейчас работает ученым в Университете Любьяны, Словения. Они нанесли так называемые молекулы SAM на слой CIGS, которые образуют самоорганизующийся мономолекулярный слой, улучшая контакт между перовскитом и CIGS.
Новая тандемная ячейка CIGS на основе перовскита достигает КПД 24,16%. Это значение было официально сертифицировано лабораторией CalLab Института систем солнечной энергии Фраунгофера (ISE).
Поскольку такие тандемные ячейки «2 Terminal» из CIGS и перовскита теперь представляют собой отдельную категорию, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии NREL, США, создала для этой цели новую ветвь на знаменитой диаграмме NREL. На этой диаграмме показано изменение эффективности почти всех типов солнечных элементов с 1976 года. Соединения перовскита были включены только с 2013 года - эффективность этого класса материалов увеличилась быстрее, чем любого другого материала.