Исследователи отделения Graphene Flagship при Римском университете Тор Вергата и совместно с коллегами из ENEA (глобальной информационно-технологической компанией) успешно применили графен при создании тандемных перовскит-кремниевых фотоэлементов, что позволило повысить их эффективность до 26,3%.

Кроме того, универсальность графена позволила ученым разработать новую технологию, обеспечивающую значительное снижение производственных затрат, а также возможность выпуска солнечных панелей большой площади.

Тандемные солнечные элементы на основе графена почти вдвое увеличивают эффективность устройств в сравнении с чистым кремнием. Универсальность этого материала позволяет снизить затраты на производство и выпускать солнечные панели гораздо больших площадей.

Согласно физическим законам максимальная эффективность кремниевых солнечных панелей ограничивается показателем 32%. Ученые всего мира десятилетиями пытались придумать альтернативы этому хорошо изученному материалу. Одним из самых удачных решений стали полупроводники группы III-V и минерал перовскит (титанат кальция).

Однако использование перовскита сопряжено рядом производственных трудностей. Создание «тандемных» панелей, которые объединяют преимущества кремния и перовскита, решает часть проблем, но о стабильности, высокой эффективности и крупномасштабном производстве говорить еще рано.

Поворотным моментом в разработках ученых стала идея использования графена. В статье научного журнала Joule показывается, что графен и связанные с ним слоистые структуры позволяют производить дешевые солнечные панели с высоким КПД И гораздо большей площадью.

«Новый метод создания тандемных солнечных панелей с использованием графена чрезвычайно перспективен. С помощью него можно улучшить эффективность всех существующих решений на базе перовскитов. Что более важно, графен может послужить основополагающим фактором к внедрению наших технологий в сфере промышленности и выпуске панелей большей площади», - объясняет Альдо ди Карло, глава Graphene Flagship.

Как заявляют ученые, им удалось наглядно продемонстрировать, что графен и связанные с ним материалы повышают производительность, стабильность и масштабируемость солнечных устройств. Это большой шаг на пути к разработке высокоэффективных тандемных солнечных элементов с КПД, превышающим предел однопереходных кремниевых элементов.

Полученные результаты в работе над перовскит-кремниевыми системами на основе графена станут основой нового проекта Graphene Flagship под названием «GRAPES». Ученые планируют запустить пилотную линию производства тандемных солнечных элементов и проложить таким образом путь к преодолению 32-процентного барьера эффективности, а также заметному снижению уровня затрат на электроэнергию. Новые «графеновые» солнечные панели планируют выпустить в ближайшие три года.