Современная электроника №2/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 7 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2024 Перспективы развития ПСЭ и материалов для преобразователей солнечной энергии в электрический ток В статье приведён обзор технологий производства перовскитных солнечных элементов и создания на их основе эффективных преобразователей солнечной энергии в электрический ток . Антти Эс Синтез материалов для производства преобразователей энергии света в элек - трический ток – галогенидного перовски - тасуникальнымисвойствамиикремния – по результатамновейших исследований становится крайне любопытнымнаправ - лением в отрасли . Кремний относитель - но недорог в добыче и доступен , при этом демонстрирует высокий КПД . Перов - скитные солнечные элементы – явление новое и вместе с темперспективное . Сей - час потенциально « прорывные » техноло - гии совершенствуются сразу нескольки - ми десятками научных коллективов во всём мире , что свидетельствует о появ - лении нового тренда в развитии совре - менной электроники . Перовскитные солнечные элементы (PSC), или ПСЭ , – гибридные органико - неорганические материалы на основе галогенида свинца или олова , исполь - зующиеся в качестве активного слоя для сбора света и находящиеся в стадии быстрого развития . Уникальные свой - ства галогенидного перовскита обнару - жены около 10 лет назад . Важнейшее преимущество этой технологии – возможность использования методов печати на различных типах подложек вместо дорогих процессов вакуумно - го и высокотемпературного производ - ства кремния . Чтобы понять различие технологий , нужно сравнить полупро - водниковый « кремниевый » и перов - скитный методы производства . При - чём оба этих подхода , как ни странно , при подходящих условиях можно объе - динить . Притом что КПД преобразова - ния световой энергии в электрическую составляет немногим более 20% ( мак - симальное значение около 26%) для классических солнечных элементов на основе кристаллического кремния , основными причинами низкой эффек - тивности фотоэлектрического преоб - разования являются потеря фотонов с энергией меньше ширины запрещён - ной зоны кремния (1,1 эВ ) и термали - зация фотогенерированных носителей заряда . Поэтому из - за пропускания и тепловых потерь используется только часть светового спектра . На рис . 1 пред - ставлена иллюстрация « запрещённой зоны » из зонной теории твёрдых тел . Для создания ПСЭ достаточно даже тонкого слоя . Теоретически перовскит можно изготовить даже из поваренной соли с помощью низкотемпературных процессов , таких как центрифугирова - ние , превратить в чернила и напеча - тать на гибких подложках для форми - рования гибких солнечных элементов . Конструктивные особенности и принцип работы типичного кремние - вого элемента солнечной батареи пред - ставлены на рис . 2. На рис . 3 представ - лен вид готового перовскита . Сравнение технологий фотоэлектри - ческих элементов по КПД : кремний – 15–20%, перовскит – 20–27%. Интерес - ный факт : 35 кг перовскита могут про - изводить такое же количество энергии , как 7 т кремния . Причём сверхчистые газы , вакуумные камеры или высо - кие температуры , как для кремние - вых фотоэлементов , для производства перовскитных не нужны . Что происходит Исследовательская группа китайской компании Microquanta Semiconductor ( КНР ) в 2019 году установила рекорд преобразования энергии в 14,24% для полностью перовскитного солнечно - го модуля площадью 200×800 см ² и впоследствии мировой рекорд эффек - тивности преобразования в 20,2% на фотоэлектрическом элементе « третье - го поколения » площадью 20 см ², притом что самый высокий КПД из перовски - та компании Microquanta Semiconductor площадью 19,3 см ² составил 24,1%. Виюне 2022 года два тандемных кремни - ево - перовскитных элемента , созданных учёными в корейско - швейцарскойиссле - довательской группе EPFL и CSEM, достиг - Рис . 1. Иллюстрация « запрещённой зоны » в полупроводниках Рис . 2. Конструктивные особенности и принцип работы фотоэлектрического элемента на основе кремния .. .. .. ..