В 2009 году, когда начали появляться тонкопленочные ячейки на основе кальцита, эффективность преобразования составляла всего 3,8%, но очень быстро выросла, и к 2018 году лабораторная эффективность превысила 23%. Основная молекулярная формула халькогенидного соединения — ABX3, и в позиции А обычно находится ион металла, например, Cs+ или Rb+, или органическая функциональная группа, например, (CH3NH3;), [CH (NH2)2]+; в позиции В обычно находятся двухвалентные катионы, такие как ионы Pb2+ и Sn2+; в позиции X обычно находятся галогенид-анионы, такие как Br-, I-, Cl-. Изменяя компоненты соединений, запрещенную зону халькогенидных соединений можно регулировать в диапазоне от 1,2 до 3,1 эВ. Высокоэффективное фотоэлектрическое преобразование халькогенидных элементов на коротких длинах волн, наложенное на элементы с выдающимися характеристиками преобразования на длинных волнах, такие как гетерогенные кристаллические кремниевые элементы, теоретически может обеспечить эффективность фотоэлектрического преобразования более 30%, превысив предел теоретической эффективности преобразования кристаллических кремниевых элементов в 29,4%. В 2020 году в Берлинской лаборатории имени Хаймхольца (Германия) эта многослойная батарея уже достигла эффективности преобразования в 29,15%, и многослойные халькогенидно-кристаллические кремниевые элементы считаются одной из основных технологий батарей следующего поколения.
Слой халькогенидной пленки был получен двухэтапным методом: сначала пористые пленки Pbl2 и CsBr были нанесены на поверхность гетеропереходных ячеек с рыхлой поверхностью методом соиспарения, а затем покрыты раствором органогалогенида (FAI, FABr) методом центрифугирования. Раствор органического галогенида проникает в поры нанесенной методом парофазного осаждения неорганической пленки, а затем реагирует и кристаллизуется при 150 градусах Цельсия, образуя слой халькогенидной пленки. Толщина полученной таким образом халькогенидной пленки составляла 400-500 нм, и она была соединена последовательно с нижележащей гетеропереходной ячейкой для оптимизации согласования тока. В качестве слоев переноса электронов на халькогенидной пленке последовательно использовались LiF и C60, полученные методом термического парофазного осаждения, затем проводилось атомно-слоевое осаждение буферного слоя SnO2 и магнетронное распыление TCO в качестве прозрачного переднего электрода. Надежность этой многослойной ячейки выше, чем у однослойной халькогенидной ячейки, однако стабильность халькогенидной пленки под воздействием водяного пара, света и тепла все еще нуждается в улучшении.
Дата публикации: 20 октября 2023 г.