Архитектура тандемных фотоэлементов на основе соединений полупроводников и перовскитов

Тандемные фотоэлементы на основе перовскитов (PS), органических полупроводников (OPV), относящихся, к так называемому третьему поколению фотовольтаики обладают большим технологическим и коммерческим потенциалом. Устройства такого типа способны превзойти или составить конкуренцию кремниевым (Si), однопереходным, солнечным элементам. Одним из главных критериев сравнения для солнечных элементов наземного применения является эффективность при спектре 1.5 АМ G (1.5 воздушной атмосферы  глобального распределения). На однопереходных ячейках органических и перовскитных солнечных фотопреобразователей в 2015 г. зафиксированы результаты более 13 и 20 процентов эффективности соответственно. Однако для снижения  основного технико-экономического показателя стоимости Ватта энергии до величин менее 0,5$/ Ватт необходимо преодолеть лимит Шокли-Квайссера 25-28 % КПД, что  возможно лишь для тандемных (многопереходных) устройств, обладающих расширенным (от 350 до 800 нм) диапазоном поглощения.

В данной работе рассмотрены основные виды современных тандемных фотоэлементов с использованием перовскитов –   последовательные соединения ячеек на основе OPV и неорганических полупроводников (Si или GaAs) или гибридных (CIGS, CdTe) элементов. Описаны их конструкции и принципы работы, дан качественный и количественный состав архитектур.

Соединения в тандемном фотоэлементе могут быть осуществлены с использованием рекомбинационного слоя для туннелирования носителей заряда из электронно – транспортного слоя перовскитной субъячейки в p – легированный (или транспортный) слой другой  субъячейки тандема. Рекомбинационный слой обеспечивает выравнивание квази-уровней Ферми субъячеек. Рассмотрено использование материалов для туннельных переходов - оксидов цинка, титана, молибдена, индия, олова для селективно транспортных слоев с тонкими слоями вырожденных неорганических полупроводников при использовании жидко- и  газо- фазного нанесения. Выделены достоинства и недостатки последовательного соединения тандемных устройств.

Научный руководитель к.т.н., доцент Орлова М.Н.