Нов материал за електронния контактен слой може да ускори комерсиализацията на перовскитните слънчеви клетки, като едновременно повиши тяхната ефективност, стабилност и производствена рентабилност. Разработката вече е патентована, а първите количества са достъпни на пазара, което съкращава пътя от лабораторията до индустриалното производство.
Перовскитните слънчеви клетки се утвърждават като една от най-перспективните фотоволтаични технологии. Те се произвеждат значително по-евтино от традиционните силициеви клетки, а лабораторните им образци вече достигат ефективност над 27%, докато перовскитно-силициевите тандемни клетки надхвърлят 35%.
Една от слабите страни на тази технология досега беше електронно-транспортният слой, който обикновено се изработва от фулерени C60 – молекули, известни още като „футболни топки“ заради характерната си структура. Именно на границата между слоя C60 и перовскитния абсорбер се губи значителна част от генерираните електрони. Освен това материалът е сравнително скъп и с течение на времето може да се отлепя, което намалява експлоатационната надеждност на клетките.
Карборановата молекула предлага няколко предимства
Екипът на Стив Албрехт, съвместно с учени от Технологичния университет в Каунас (KTU) и други международни партньори, е разработил нов материал, базиран на карборанова молекула. Той носи обозначението mCB-FMN и може не само да замени C60, но и да го превъзхожда по редица ключови показатели.
Новият материал се синтезира от масово достъпни химически реагенти. Това създава предпоставки за по-лесно и по-евтино мащабно производство.
Допълнително предимство е, че тънкият слой може да бъде нанесен чрез вакуумно изпаряване при по-ниска температура. Така производството изисква по-малко енергия, а технологичното оборудване се подлага на по-слабо термично натоварване.
По-малки загуби и по-висока стабилност
Измерванията показват, че mCB-FMN образува равномерен слой върху перовскитния абсорбер и осигурява по-ефективен транспорт на електроните. Загубите на заряд на границата между отделните слоеве са значително по-ниски в сравнение със стандартния C60.
Спектроскопските анализи показват също по-добро енергийно съответствие между новия материал и перовскитния слой. Теоретичните модели сочат, че материалът пасивира повърхностните дефекти, което допълнително ограничава рекомбинацията на зарядите.
Електронната микроскопия и наблюденията по време на нанасянето на буферния слой от калаен оксид (SnOx) показват още едно предимство. Новият електронно-транспортен материал подобрява формирането на последващите слоеве, а механичните изпитвания потвърждават по-здравото сцепление между тях и по-високата механична устойчивост на цялата структура.
Осезаемо увеличение на ефективността
Практическите резултати също са впечатляващи. При еднослойните p-i-n перовскитни клетки ефективността се увеличава с 1,5 процентни пункта, когато C60 бъде заменен с mCB-FMN.
Още по-голям е ефектът при перовскитно-силициевите тандемни клетки. Там е отчетено увеличение с 2,4 процентни пункта спрямо референтните образци, което се дължи и на по-ниското паразитно поглъщане на светлина. Така повече фотони достигат до активните слоеве и участват в производството на електроенергия.
От лабораторията към индустрията
Новият материал вече привлича сериозен интерес както от научните среди, така и от производителите на соларни технологии. Разработката получи отличието „Best Scientific Content Award“ по време на международния семинар TandemPV International Workshop 2025.
За технологията е подадена европейска патентна заявка, която обхваща материала mCB-FMN, неговите производни и приложението им в слънчеви клетки. Междувременно компанията Dyenamo вече започна търговското предлагане на новия материал, което създава условия mCB-FMN сравнително бързо да намери място в следващото поколение високоефективни тандемни фотоволтаични панели.
Следващата стъпка при тандемните клетки
Екипът на Стив Албрехт вече има опит с разработването на нови контактни материали за перовскитни клетки. Предишен негов пробив бяха самоорганизиращите се монослоеве (SAM) за проводящите отвори контактни слоеве.
Сега изследователите насочват усилията си към ново поколение електронно-транспортни материали. Според тях, този клас съединения има потенциала съществено да промени развитието на перовскитно-силициевите тандемни слънчеви клетки и да ускори навлизането им в масовото производство.
