Poprzez ukierunkowaną optymalizację, wydajność ogniwa tandemowego można szybko zwiększyć do 29,5%. Badania zostały sfinansowane w ramach wspólnego projektu Federalnego Ministerstwa Gospodarki i Ochrony Klimatu (BMWK) w Niemczech.
Do masowej produkcji krzemowych ogniw słonecznych wykorzystuje się tzw. ogniwa PERC (ang. Passivated Emitter and Rear Cell), które uważane są za „konie robocze” fotowoltaiki. Dwa zespoły: z Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) i Instytutu Badań nad Energią Słoneczną w Hamelinie (ISFH), wykazały, że takie standardowe ogniwa krzemowe nadają się jako podstawa dla ogniw tandemowych z górną warstwą ogniw perowskitowych. Wydajność ogniwa tandemowego jest obecnie nadal niższa niż samych zoptymalizowanych ogniw PERC.
Ogniwa tandemowe wykonane z krzemu i perowskitu są w stanie przetwarzać szerokie spektrum energii światła słonecznego na energię elektryczną. Dzięki temu połączeniu podwójne ogniwo jest wydajniejsze. Zespołom z HZB i ISFH Hameln po raz pierwszy udało się połączyć górne ogniwo perowskitowe z tzw. ogniwem krzemowym PERC/POLO w celu utworzenia elementu tandemowego. Co jest wyjątkowe: ogniwa krzemowe PERC na krzemie typu p są siłą roboczą fotowoltaiki, z udziałem w rynku wynoszącym ponad 50% wszystkich ogniw słonecznych produkowanych na całym świecie. Są w dużej mierze zoptymalizowane, stabilne temperaturowo i długookresowo. Dlatego w celu komercjalizacji technologii tandemowej perowskit–krzem szczególnie interesujące jest opracowanie tzw. modernizacji tandemowej perowskitowej dla ogniw PERC. Współpraca odbywała się w ramach wspólnego projektu P3T, który jest finansowany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Ochrony Klimatu oraz koordynowany przez HZB.
Zespół ISFH zastosował zgodny w branży proces PERC do tylnego kontaktu dolnych ogniw krzemowych. Na przedniej stronie wafla wykorzystano inną technologię nadającą się do zastosowania w przemyśle, tzw. kontakt POLO, który został tu zaadaptowany do niewielkich komórek typu proof of concept (POC). 
Dalsze etapy procesu miały miejsce w HZB: warstwa rekombinacyjna tlenku indu domieszkowanego cyną została nałożona jako kontakt między dwoma podogniwami. Ogniwo perowskitowe zostało następnie przetworzone z sekwencją warstw podobną do tej w obecnym rekordowym ogniwie tandemowym HZB podobnych do krzemowych ogniw heterozłączowych typu n. Pierwsze wyprodukowane w ten sposób ogniwa tandemowe perowskitowe PERC/POLO osiągają wydajność 21,3% na aktywnej powierzchni ogniwa ok. 1 cm². W niniejszym studium wykonalności wydajność ta jest zatem nadal niższa od wydajności zoptymalizowanych ogniw PERC.
– Wstępne wyniki eksperymentalne i symulacje optyczne wskazują jednak, że możemy znacznie poprawić wydajność poprzez optymalizację procesu oraz powlekania – wyjaśnia dr Lars Korte, autor korespondencyjny opracowania.
Sprawność potencjalna: 29,5%
Eksperci szacują potencjał wydajności (termin techniczny PCE dla wydajności konwersji energii) tych tandemowych ogniw słonecznych perowskitowo-krzemowych z technologią ogniw dolnych typu PERC na 29,5%. Pierwsze kroki w kierunku dalszej poprawy są już widoczne: dr Silvia Mariotti z zespołu HZB zidentyfikowała pokrycie powierzchni krzemu przez perowskity jako potencjał do poprawy: – Można dostosować powierzchnię płytek krzemowych, a tym samym szybko zwiększyć wydajność do około 25% – mówi Mariotti. To jest już znacznie powyżej wydajności pojedynczych ogniw PERC.
Zdjęcie główne: Zespół HZB zastosował górne ogniwo z perowskitu do standardowego ogniwa krzemowego. Dzięki dalszej optymalizacji to tandemowe ogniwo słoneczne może osiągnąć wysoki poziom wydajności.
© Silvia Mariotti / HZB
Źródło: Helmholtz Centre Berlin for Materials and Energy
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
