Изследователи от университета Soochow, ръководени от професорите Yang Xinbo и Zhang Xiaohong, в сътрудничество с Политехническия университет в Хонг Конг и множество партньори от фотоволтаичната индустрия, са разработили материал от композитен слой без индий, който създава молекулярен мост между слоевете перовскит и кристален силиций в тандемни слънчеви клетки. Пробивът адресира две критични предизвикателства, пред които са изправени тандемните фотоволтаици от перовскит-силиций: загуби от рекомбинация на заряда на интерфейса между двата материала и дългосрочно влошаване на стабилността, което е предотвратило търговското внедряване на тандемни архитектури.
Молекулярният мост работи в атомен мащаб. Екипът на Soochow разработи самостоятелно сглобяващ се монослой, който се свързва химически както с перовскит, така и със силициеви повърхности, създавайки непрекъснат електронен път за ефективен транспорт на заряда, като същевременно пасивира дефектите, потискайки нерадиационната рекомбинация.
Аспектът без индий има особено значение. Индиевият калаен оксид е стандартният прозрачен проводящ слой във фотоволтаичните и дисплейните приложения, но индият се класифицира като критичен материал с рискове от концентрация на веригата за доставки и ескалиращи разходи, водени от търсенето в индустрията на дисплеите. Новият композитен слой елиминира напълно индия, заменяйки го с по-изобилни и по-евтини материали, които постигат сравнима или превъзходна оптична прозрачност и електрическа проводимост. Тази замяна е насочена както към разходната бариера пред комерсиализацията на тандемната слънчева енергия, така и към риска от доставка на материали, който засяга фотоволтаичната индустрия.
Изследването представлява напредък към индустриализацията на фотоволтаичната технология от следващо поколение. Тандемните перовскитно-силициеви клетки теоретично предлагат ефективност над границата на Shockley-Queisser за силициеви клетки с единична връзка, която е ограничена до приблизително 29%. Лабораторните тандемни клетки са надхвърлили 33% ефективност, но превръщането на тези резултати в търговски жизнеспособни продукти изисква решаване на предизвикателствата за стабилността на интерфейса и мащабируемостта на производството, към които подходът на молекулярния мост е насочен. Работата на екипа на Soochow предполага, че молекулярното инженерство на перовскитно-силициевия интерфейс може едновременно да подобри както ефективността, така и експлоатационния живот, адресирайки двете най-критични бариери пред комерсиализацията.
Моделът за сътрудничество между университет и промишленост ускорява прехода от лаборатория към производство. Ако бъде успешно мащабирана, техниката на молекулярния мост може да засили лидерството на Китай в слънчевата енергия, като същевременно намали зависимостта от индий.